催化

Organic Chemistry II

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Overview

资料来源: 加州大学欧文分校化学系 Vy 先生和 Faben

这个实验将展示催化的概念, 通过说明适当的设置的反应, 利用烯催化。催化是一种催化, 利用 substoichiometric 量的小有机分子加速反应。这种类型的催化作用是互补的其他形式的催化作用, 如过渡金属或生物催化。过渡金属催化是以过渡金属为催化剂, 生物催化利用酶作为催化剂。与许多金属催化剂相比, 催化的一些优点包括低毒性和有机成本。此外, 与金属催化剂不同, 大多数有机对空气和湿气都不敏感。与活生物体中发现的酶相比, 作为有机的小分子通常容易获得。此外, 催化提供补充和新的反应性没有观察到其他形式的催化作用。

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JoVE Science Education Database. 有机化学 (2). 催化. JoVE, Cambridge, MA, (2020).

Principles

有机可根据催化剂的类型分为四类。大多数有机可以被描述为刘易斯基地, 刘易斯酸, 质子基地, 或质子酸。这些有机类别描述了催化剂作用于促进催化的活化模式。除了这些不同的激活模式, 有机可以通过共价键或价相互作用与基底相互作用;两者都有各自的优缺点。通常, 共价键的相互作用更容易控制, 从而预测。通常情况下, 利用价相互作用的催化剂需要较低的催化剂负载, 与那些通过共价键相互作用的催化载荷相比。

Lewis 碱, 尤其是胺类, 是最常见的有机。只有使用胺催化剂才能达到几种类型的反应性。例如, 核的性可以通过烯催化作用来强化, 以进行选择性反应或醛反应。Amine-based 催化剂还可以通过氯化铵催化提高 electrophilicity 的基材, 促进迈克尔的添加或 cycloadditions。Amine-based 催化剂甚至可以作为相转移催化剂用于介导两个介质相的反应。

除了基板活化, 这些催化剂还可以引入手到他们形成的产品, 在一个概念称为不对称催化。不对称催化的第一个例子是用手性氨基酸, 脯氨酸, 来催化醛反应 (图 1)。脯氨酸凝聚到其中一个酮产生手性烯。这样做, 有机产生一个更强的核, 并引入手, 使醛反应可以立体。描述的例子是 Hajos-帕里什-Eder-萨-Wiechert 反应。这种反应的产物是合成类固醇天然产物及其衍生物的重要前驱物。

Figure 1
图 1: 非对称催化的第一个例子之一是用手性氨基酸, 脯氨酸, 来催化醛反应。

Procedure

Figure 2

  1. 添加 (S)-脯氨酸 (40 毫克, 0.35 摩尔, 0.35 当量), 乙腈 (MeCN, 5 毫升), 和酮 (126 毫克, 1 摩尔, 1 当量) 的圆底烧瓶 (〜20毫升) 配备了磁性搅拌棒。
  2. 搅拌反应混合物在35° c 为30分钟。
  3. 添加 3-丁烯-2-一 (105 毫克, 1.5 摩尔, 1.5 当量) 滴在35° c 和搅拌在相同的温度为1周。
  4. 通过加入〜5毫升饱和水氯化铵冷却反应室温和淬火。
  5. 用乙醚提取水层。
  6. 用盐水和无水硫酸镁清洗复合有机层。
  7. 通过旋转蒸发过滤硫酸镁和浓缩物。
  8. 通过柱层析法提纯粗渣。

有机是低成本和低毒性替代过渡金属, 当与酶相比, 它们更容易合成和获得。

催化涉及与化学物种相互作用的小有机分子, 以加速反应而不被消耗。

这段视频将说明催化的原理, 一个演示烯催化反应的过程, 以及催化的一些应用。

有机可以通过它们与反应物分子的相互作用来分类。在共价相互作用中, 催化剂通过瞬态共价键在称为活化的步骤中形成反应中间体。这些活化的化合物接着进行进一步的反应。这个过程随着催化分子的恢复而完成。

路易斯基地, 通常是电子捐助者的化合物, 是最常见的类型的有机由于其通用性。例如, 烯催化剂增强性, 使选择性烷基化和醛反应。氯化铵, 另一种 amine-based 催化剂, 是用来改善 electrophilicity 的反应物, 以促进迈克尔增加或 cycloadditions。

这些催化剂也可以选择特定的立体产品在一个过程中称为不对称催化。其中的第一个例子是醛反应的脯氨酸, 一种手性氨基酸。

脯氨酸共价键到酮, 释放水和产生手性烯。这导致一个更强的核, 启动一个立体的醛反应。在这个例子中显示的反应是重要的生产前体的合成类固醇。

现在, 我们已经涵盖了催化的原则, 让我们来看看一个 (s)-脯氨酸催化醛反应的过程。

首先, 把反应物和玻璃器皿带到油烟罩上。将试剂添加到20毫升的圆形底烧瓶中, 加入磁性搅拌棒。然后, 搅拌在35° c 30 分钟的混合物。

然后加入105毫克 3-丁烯-2-一滴的混合物, 同时保持温度。让反应在35° c 时搅拌一周。

经过一周后, 冷却反应的室温, 然后通过增加约5毫升饱和水氯化铵淬火。

然后, 通过加入30毫升乙醚来提取水层。使用分漏斗将有机和水层分开。

然后, 用饱和氯化钠溶液冲洗有机层, 用无水硫酸镁干燥。经过滤后, 从溶液中除去硫酸镁。

接下来, 使用旋转蒸发浓缩产品。最后, 通过柱层析法纯化所得残渣。

所获得的产品现在可以使用1H 核磁共振分析

该产品的质子核磁共振用于分析和鉴定维兰德-弗雷德里希·米歇尔酮的峰值。该化合物共有14氢。前场单线态在 5.85 ppm 是特征为烯烃氢a并且集成到1。烷烃多b、c、d、e在它们的典型变化中找到, 范围介于2.78 和 1.65 ppm 之间, 集成到总共10氢。最后, 甲基组f是最前场的单线态, 其转换为 1.45 ppm, 其积分为3氢。

现在, 我们已经看了一个催化的过程, 让我们来看看一些应用程序

非对称催化已成为药物合成的不可缺少的过程。一个例子是生产的 (S)-华法林, 一个抗凝剂用于治疗血栓。在过去, 它的合成依赖于手性的决议, 通过结晶或色谱, 从外消旋混合物。这个过程导致了大约19% 的收益率。在有机手性催化剂的帮助下, 用一种合成方法取代了具有99% 的收益率的无浪费的手征解决过程。

离子液体是在室温下通常存在于液体状态的盐类。离子液体在包括催化在内的许多研究领域得到了越来越多的关注。EMIMAc 是一种具有有机阳离子和阴离子的化合物的例子。在这个应用中, 它被用作立体合成的催化剂。离子液体的高稳定性、低挥发性和性使其成为一种适于回收的安全反应介质。

你刚刚在催化看了朱庇特的视频此视频涵盖了催化、一般程序和一些应用程序。谢谢收看!

Results

纯化产品应具有以下1H 核磁共振谱: 1H 核磁共振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)。

Applications and Summary

实验证明了如何建立烯催化反应。与其他形式的催化相比, 催化是一个比较年轻的研究领域, 但近年来催化的领域经历了戏剧性的增长。对催化的兴趣增加也引起了研究, 利用了一种以上的催化, 以达到新的类型的反应性。例如, 有更多的报告, 使用催化与过渡金属催化。

不对称催化已被用来改善合成的华法林, 一个共同的抗凝。以前的合成路线依赖于化学分解 (一个固有的浪费过程) 的消旋混合物, 以支付更活跃的映异构体 (S)-华法林在19% 的产量。现在, 在不对称催化的帮助下, (S), 华法林现在可以通过氯化铵催化在99% 的收益率下获得化学解析。

Figure 2
图 2: (S)-华法令.

用于治疗流感的抗病毒药物--达菲, 是用催化合成的。这种合成利用了一种普通类型的有机, 一种氨衍生的催化剂。organocatalyzed 迈克尔加法设置二在三必要的 stereocenters 发现了在达菲。

Figure 3
图 3: 抗病毒药物, 达菲。

Figure 2

  1. 添加 (S)-脯氨酸 (40 毫克, 0.35 摩尔, 0.35 当量), 乙腈 (MeCN, 5 毫升), 和酮 (126 毫克, 1 摩尔, 1 当量) 的圆底烧瓶 (〜20毫升) 配备了磁性搅拌棒。
  2. 搅拌反应混合物在35° c 为30分钟。
  3. 添加 3-丁烯-2-一 (105 毫克, 1.5 摩尔, 1.5 当量) 滴在35° c 和搅拌在相同的温度为1周。
  4. 通过加入〜5毫升饱和水氯化铵冷却反应室温和淬火。
  5. 用乙醚提取水层。
  6. 用盐水和无水硫酸镁清洗复合有机层。
  7. 通过旋转蒸发过滤硫酸镁和浓缩物。
  8. 通过柱层析法提纯粗渣。

有机是低成本和低毒性替代过渡金属, 当与酶相比, 它们更容易合成和获得。

催化涉及与化学物种相互作用的小有机分子, 以加速反应而不被消耗。

这段视频将说明催化的原理, 一个演示烯催化反应的过程, 以及催化的一些应用。

有机可以通过它们与反应物分子的相互作用来分类。在共价相互作用中, 催化剂通过瞬态共价键在称为活化的步骤中形成反应中间体。这些活化的化合物接着进行进一步的反应。这个过程随着催化分子的恢复而完成。

路易斯基地, 通常是电子捐助者的化合物, 是最常见的类型的有机由于其通用性。例如, 烯催化剂增强性, 使选择性烷基化和醛反应。氯化铵, 另一种 amine-based 催化剂, 是用来改善 electrophilicity 的反应物, 以促进迈克尔增加或 cycloadditions。

这些催化剂也可以选择特定的立体产品在一个过程中称为不对称催化。其中的第一个例子是醛反应的脯氨酸, 一种手性氨基酸。

脯氨酸共价键到酮, 释放水和产生手性烯。这导致一个更强的核, 启动一个立体的醛反应。在这个例子中显示的反应是重要的生产前体的合成类固醇。

现在, 我们已经涵盖了催化的原则, 让我们来看看一个 (s)-脯氨酸催化醛反应的过程。

首先, 把反应物和玻璃器皿带到油烟罩上。将试剂添加到20毫升的圆形底烧瓶中, 加入磁性搅拌棒。然后, 搅拌在35° c 30 分钟的混合物。

然后加入105毫克 3-丁烯-2-一滴的混合物, 同时保持温度。让反应在35° c 时搅拌一周。

经过一周后, 冷却反应的室温, 然后通过增加约5毫升饱和水氯化铵淬火。

然后, 通过加入30毫升乙醚来提取水层。使用分漏斗将有机和水层分开。

然后, 用饱和氯化钠溶液冲洗有机层, 用无水硫酸镁干燥。经过滤后, 从溶液中除去硫酸镁。

接下来, 使用旋转蒸发浓缩产品。最后, 通过柱层析法纯化所得残渣。

所获得的产品现在可以使用1H 核磁共振分析

该产品的质子核磁共振用于分析和鉴定维兰德-弗雷德里希·米歇尔酮的峰值。该化合物共有14氢。前场单线态在 5.85 ppm 是特征为烯烃氢a并且集成到1。烷烃多b、c、d、e在它们的典型变化中找到, 范围介于2.78 和 1.65 ppm 之间, 集成到总共10氢。最后, 甲基组f是最前场的单线态, 其转换为 1.45 ppm, 其积分为3氢。

现在, 我们已经看了一个催化的过程, 让我们来看看一些应用程序

非对称催化已成为药物合成的不可缺少的过程。一个例子是生产的 (S)-华法林, 一个抗凝剂用于治疗血栓。在过去, 它的合成依赖于手性的决议, 通过结晶或色谱, 从外消旋混合物。这个过程导致了大约19% 的收益率。在有机手性催化剂的帮助下, 用一种合成方法取代了具有99% 的收益率的无浪费的手征解决过程。

离子液体是在室温下通常存在于液体状态的盐类。离子液体在包括催化在内的许多研究领域得到了越来越多的关注。EMIMAc 是一种具有有机阳离子和阴离子的化合物的例子。在这个应用中, 它被用作立体合成的催化剂。离子液体的高稳定性、低挥发性和性使其成为一种适于回收的安全反应介质。

你刚刚在催化看了朱庇特的视频此视频涵盖了催化、一般程序和一些应用程序。谢谢收看!

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