
Źródło: Vy M. Dong i Faben Cruz, Wydział Chemii, Uniwersytet Kalifornijski, Irvine, Kalifornia
Eksperyment ten zademonstruje koncepcję organokatalizy, ilustrując prawidłowe ustawienie reakcji, która wykorzystuje katalizę enaminy. Organokataliza to forma katalizy, która wykorzystuje substechiometryczne ilości małych cząsteczek organicznych w celu przyspieszenia reakcji. Ten rodzaj katalizy jest komplementarny z innymi formami katalizy, takimi jak metal przejściowy lub biokataliza. Kataliza metali przejściowych obejmuje metale przejściowe jako katalizatory, a biokataliza wykorzystuje enzymy jako katalizatory. Niektóre zalety organokatalizy obejmują niską toksyczność i koszt organokatalizatorów w porównaniu z wieloma katalizatorami metalowymi. Ponadto większość organokatalizatorów nie jest wrażliwa na powietrze i wilgoć, w przeciwieństwie do katalizatorów metalowych. W przeciwieństwie do enzymów znajdujących się w organizmach żywych, małe cząsteczki, które działają jako organokatalizatory, są zazwyczaj łatwo dostępne. Ponadto organokataliza oferuje komplementarną i nową reaktywność, której nie obserwuje się w przypadku innych form katalizy.

Organokatalizatory są tanią alternatywą dla metali przejściowych o niskiej toksyczności, a w porównaniu z enzymami są łatwiejsze do syntezy i otrzymania.
Organokataliza obejmuje małe cząsteczki organiczne, które oddziałują z gatunkami chemicznymi w celu przyspieszenia reakcji bez spożywania.
Ten film zilustruje zasady organokatalizy, procedury demonstrującej reakcję katalizowaną enaminą oraz niektóre zastosowania organokatalizy.
Organokatalizatory można sklasyfikować na podstawie ich interakcji z cząsteczkami reagentów. W oddziaływaniach kowalencyjnych katalizatory tworzą reaktywny produkt pośredni poprzez przejściowe wiązanie kowalencyjne w kroku zwanym aktywacją. Te aktywowane związki następnie przystępują do dalszej reakcji. Proces kończy się odzyskaniem cząsteczki organokatalizy.
Zasady Lewisa, związki, które są zazwyczaj donorami elektronów, są najczęstszym rodzajem organokatalizatora ze względu na ich wszechstronność. Na przykład katalizatory enaminowe zwiększają nukleofilowość, umożliwiając selektywne alkilowanie i reakcje aldolowe. Iminium, inny katalizator na bazie aminy, jest stosowany do poprawy elektrofilowości reagentów w celu promowania addycji Michaela lub cyklodięcji.
Katalizatory te mogą również selekcjonować określone produkty stereoizomerowe w procesie znanym jako kataliza asymetryczna. Jednym z pierwszych przykładów była reakcja aldolowa katalizowana przez prolinę, aminokwas chiralny.
Prolina kowalencyjnie wiąże się z ketonem, uwalniając wodę i wytwarzając chiralną enaminę. Powoduje to powstanie silniejszego nukleofila, który inicjuje stereoselektywną reakcję aldolową. Reakcja pokazana w tym przykładzie jest ważna dla produkcji prekursora do syntezy steroidów.
Teraz, gdy omówiliśmy już zasady organokatalizy, przyjrzyjmy się procedurze reakcji aldolowej katalizowanej (S)-proliną.
Najpierw przynieś reagenty i szkło do dygestorium. Dodać odczynniki do kolby okrągłodennej o pojemności 20 ml z mieszadłem magnetycznym. Następnie wymieszaj mieszaninę w temperaturze 35 ? C przez 30 minut.
Następnie do mieszaniny dodać kroplami 105 mg 3-buten-2-onu, utrzymując temperaturę. Pozostaw reakcję do mieszania na tydzień w temperaturze 35 °C.
Po upływie tygodnia schłodzić reakcję do temperatury pokojowej, a następnie schłodzić ją, dodając około 5 ml nasyconego wodnego roztworu chlorku amonu.
Następnie wyekstrahuj warstwę wodną, dodając 30 ml eteru dietylowego. Oddzielić warstwę organiczną i wodną za pomocą lejka separacyjnego.
Następnie umyj warstwy organiczne nasyconym roztworem chlorku sodu i osusz bezwodnym siarczanem magnezu. Następnie usuń siarczan magnezu z roztworu przez filtrację.
Następnie zagęścić produkt za pomocą odparowania obrotowego. Na koniec oczyścić otrzymaną pozostałość za pomocą chromatografii kolumnowej.
Otrzymany produkt można teraz analizować za pomocą 1H NMR
Protonowy NMR produktu służy do analizy i identyfikacji pików ketonu Wielanda-Mieschera. Związek ten składa się w sumie z 14 wodorów. Singlet dolnego pola o stężeniu 5,85 ppm jest charakterystyczny dla wodoru alkenowego a i integruje się z 1. Multiplety alkanowe b, c, d i e występują w typowych przesunięciach w zakresie od 2,78 do 1,65 ppm, integrując się w sumie z 10 wodorami. Wreszcie, grupa metylowa f jest najbardziej wysuniętym singletem z przesunięciem 1,45 ppm z integracją 3 wodorów.
Teraz, gdy przyjrzeliśmy się procedurze organokatalizy, przyjrzyjmy się niektórym zastosowaniom
Asymetryczna organokataliza stała się nieodzownym procesem syntezy związków farmaceutycznych. Jednym z przykładów jest produkcja (S)-warfaryny, antykoagulantu stosowanego w leczeniu zakrzepów krwi. W przeszłości jego synteza opierała się na rozdzielczości chiralnej, poprzez krystalizację lub chromatografię, z mieszanin racemicznych. Proces ten zaowocował plonami na poziomie około 19%. Za pomocą organicznego katalizatora chiralnego marnotrawny proces rozwiązywania problemów chiralnych został zastąpiony syntezą, która pozwala osiągnąć wydajność na poziomie 99%.
Ciecze jonowe to sole, które zwykle występują w stanie ciekłym w temperaturze pokojowej. Ciecze jonowe zyskują na popularności w wielu dziedzinach badań, w tym w organokatalizie. EMIMAc jest przykładem związku, który zawiera kationy i aniony organiczne. W tym zastosowaniu jest używany jako katalizator w syntezie stereoselektywnej. Wysoka stabilność, niska lotność i niepalność cieczy jonowych sprawia, że są one bezpiecznym medium reakcyjnym, które nadaje się do recyklingu.
Właśnie obejrzałeś film JoVE na temat organokatalizy. Ten film dotyczył organokatalizy, ogólnej procedury i niektórych zastosowań. Dzięki za oglądanie!
Oczyszczony produkt powinien mieć następujące widmo 1H NMR: 1H NMR δ 5,88 (1H, s), 2,6-2,7 (2H, m), 2,3-2,55 (4H, m), 2,0-2,2 (2H, m), 1,6-1,8 (2H, m), 1,4 (3H, s).
Ten eksperyment pokazał, jak ustawić reakcję katalizowaną enaminą. W porównaniu z innymi formami katalizy, organokataliza jest stosunkowo młodą dziedziną badań, ale w ostatnich latach dziedzina organokatalizy doświadczyła dramatycznego wzrostu. Wzrost zainteresowania organokatalizą doprowadził również do powstania badań, które wykorzystują więcej niż jeden rodzaj katalizy w celu uzyskania nowych typów reaktywności. Na przykład pojawiło się coraz więcej doniesień o stosowaniu organokatalizy w połączeniu z katalizą metali ...
Chapters in this video
0:04
Overview
0:44
Principles of Organocatalysis
2:34
Organocatalytic Aldol Reaction
4:03
Results
4:48
Applications
6:11
Summary
Videos from this collection: