Organokatalyse

Organokatalysatoren zijn een goedkope en laagtoxische alternatief voor overgangsmetalen en in vergelijking met enzymen zijn ze gemakkelijker te synthetiseren en verkrijgen.

Organokatalyse omvat kleine organische moleculen die interageren met chemische soorten om reacties te versnellen zonder te worden geconsumeerd.

Deze video zal de principes van organokatalyse illustreren, een procedure die een enamine gekatalyseerde reactie demonstreert, en enkele toepassingen van organokatalyse.

Organokatalysatoren kunnen worden geclassificeerd op basis van hun interacties met reactief moleculen. Bij covalente interacties vormen katalysatoren een reactieve tussenproduct via een tijdelijke covalente binding in een stap die activering wordt genoemd. Deze geactiveerde verbindingen gaan vervolgens verder reageren. Het proces wordt voltooid met de herstel van het organokatalyse molecuul.

Lewis-basen, verbindingen die typisch elektronendonors zijn, zijn het meest voorkomende type organokatalysator vanwege hun veelzijdigheid. Bijvoorbeeld, enamine-katalysatoren verhogen de nucleofiliteit, waardoor selectieve alkylering en aldolreacties mogelijk worden. Iminium, een andere amine-gebaseerde katalysator, wordt gebruikt om de elektrofiliteit van reactanten te verbeteren om Michael-addities of cycloaddities te bevorderen.

Deze katalysatoren kunnen ook selecteren voor bepaalde stereo-isomere producten in een proces dat asymmetrische katalyse wordt genoemd. Een van de eerste voorbeelden hiervan was een aldolreactie gekatalyseerd door proline, een chirale aminozuur.

Proline bindt covalent aan een keton, waarbij water wordt vrijgemaakt en een chiraal enamine wordt gegenereerd. Dit resulteert in een sterkere nucleofiel die een stereoselectieve aldolreactie initieert. De reactie die in dit voorbeeld wordt getoond, is belangrijk voor de productie van een voorloper voor de synthese van steroïden.

Nu we de principes van organokatalyse hebben behandeld, laten we een procedure bekijken voor een (S)-proline gekatalyseerde aldolreactie.

Breng eerst de reactanten en glaswerk naar de afzuigkap. Voeg de reagentia toe aan een 20-mL ronde bodemkolf met een magnetische roerder. Roer vervolgens het mengsel gedurende 30 minuten bij 35 °C.

Voeg vervolgens 105 mg 3-buten-2-on druppelsgewijs toe aan het mengsel, terwijl de temperatuur wordt gehandhaafd. Laat de reactie een week lang roeren bij 35 °C.

Na een week gepasseerd is, koel de reactie af tot kamertemperatuur en doof het door ongeveer 5 mL verzadigd ammonicumchloride toe te voegen.

Vervolgens wordt de waterige laag geëxtraheerd door 30 mL di-ethylether toe te voegen. Scheid de organische en waterige lagen met behulp van een scheidingsnelheid.

Was vervolgens de organische lagen met een verzadigde natriumchlorideoplossing en droog met watervrij magnesiumsulfaat. Verwijder vervolgens het magnesiumsulfaat uit de oplossing via filtratie.

Concentreer vervolgens het product met behulp van rotatievevaporatie. Zuiver tenslotte het verkregen residu via kolomchromatografie.

Het verkregen product kan nu worden geanalyseerd met behulp van 1H NMR

Het proton-NMR van het product wordt gebruikt om de pieken van de Wieland-Miescher-keton te analyseren en te identificeren. De verbinding heeft in totaal 14 waterstofatomen. De downfield-singlet op 5,85 ppm is kenmerkend voor de alkeenwaterstof a en integreert tot 1. De alkaanmultipletten b, c, d en e worden gevonden in hun typische verschuivingen variërend tussen 2,78 en 1,65 ppm, met een integratie van in totaal 10 waterstofatomen. Ten slotte is de methylgroep f de meest upfield-singlet met een verschuiving van 1,45 ppm met een integratie van 3 waterstofatomen.

Nu we een organokatalyse-procedure hebben bekeken, laten we eens kijken naar enkele toepassingen

Asymmetrische organokatalyse is een onmisbaar proces geworden voor de synthese van farmaceutische verbindingen. Een voorbeeld is de productie van (S)-warfarine, een anticoagulans dat wordt gebruikt om bloedstolsels te behandelen. In het verleden was de synthese afhankelijk van chirale resolutie, via kristallisatie of chromatografie, uit racemische mengsels. Dit proces resulteerde in opbrengsten van ongeveer 19%. Met behulp van een organische chirale katalysator is het verspillende chirale resolutieproces vervangen door een synthese die opbrengsten van 99% bereikt.

Ionische vloeistoffen zijn zouten die typisch in vloeibare toestand bestaan ​​bij kamertemperatuur. Ionische vloeistoffen krijgen aandacht op veel onderzoeksgebieden, waaronder organokatalyse. EMIMAc is een voorbeeld van een verbinding die organische kationen en anionen bevat. In deze toepassing wordt het gebruikt als katalysator in een stereoselectieve synthese. De hoge stabiliteit, lage vluchtigheid en niet-ontvlambaarheid van ionische vloeistoffen maken ze tot een veilige reactiemedia die geschikt is voor recycling.

Je hebt zojuist JoVE's video over organokatalyse bekeken. Deze video behandelde organokatalyse, een algemene procedure en enkele toepassingen. Bedankt voor het kijken!