有機触媒反応

Organic Chemistry II

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 1 hour trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Overview

ソース: Vy 雅洞、Faben クルス、化学科、カリフォルニア大学、アーバイン、カリフォルニア州

この実験は、エナミン触媒を利用して反応の適切なセットアップを示すは、開発の概念を示します。有機触媒は、触媒反応を加速する小さな有機分子の不足当量の量を使用する形式です。このタイプの触媒は遷移金属や生体触媒など触媒作用の他の形態に補足です。遷移金属触媒は、触媒としての遷移金属と生体触媒は、触媒としての酵素を使用します。開発のいくつかの利点は、低毒性と多くの金属触媒と比較して有機分子触媒のコストに含まれます。なお、ほとんど触媒は空気と金属触媒とは異なり、水分に敏感ではありません。酵素は生物で発見、対照的有機分子触媒として機能する小分子は通常簡単にアクセスです。さらに、開発には、補足と新しい反応性触媒作用の他の形態とは認められなかったが提供しています。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 有機化学 II. 有機触媒反応. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

有機分子触媒は、触媒の種類に基づいて 4 つのカテゴリに分けることができます。ほとんどの触媒は、ルイス塩基、ルイス酸、ブレンステッド塩基ブレンステッド酸として記述できます。これらの触媒のカテゴリは、活性化する触媒の触媒作用を容易にする行為のモードをについて説明します。活性化のこれらの異なるモードに加え有機分子触媒は、共有または非共有結合性の相互作用を介して基板をやり取りできます。どちらは、長所と短所があります。通常、共有結合性の相互作用、制御し、の予測を容易に。多くの場合、非共有結合性相互作用を活用する不斉触媒は、共有結合性の相互作用を介して動作に比べて低い触媒荷重を必要とします。

ルイス塩基、特にアミンは、触媒の最も一般的なタイプです。反応性のいくつかの種類は、アミン触媒だけで達成されています。たとえば、選択的アルキル化反応またはアルドール反応を実行するエナミン触媒を介して求核試薬の nucleophilicity が強調されます。アミン系触媒は、マイケル付加や及び促進するイミニウム触媒を介して基板の有するを改善できます。アミン系触媒は、2 つのメディア間の反応を仲介する相間移動触媒としても使用できます。

基質の活性化に加えてこれらの触媒も不斉触媒と呼ばれる概念を形成、製品にキラリティーを導入できます。不斉の最初の例の 1 つはアルドール反応 (図 1) を触媒するのにキラル アミノ酸, プロリン, を使用しました。プロリンは、キラル エナミンの生成するケトンの 1 つに凝縮します。そう、触媒は強い求核剤を生成し、アルドール反応は立体選択的にすることができますそのキラリティを紹介します。描かれている例は、Hajos ・ パリッシュ エーダー ザウアー ウイーヘルト反応です。この反応の製品はステロイドの天然物の合成およびその誘導体の重要な前駆物質です。

Figure 1
図 1: 不斉の最初の例の 1 つは、アルドール反応を触媒するのにキラル アミノ酸, プロリン, を使用しました。

Procedure

Figure 2

  1. (S) を追加-プロリン (40 mg、0.35 ミリ モル、0.35 同等物)、アセトニ トリル (MeCN、5 mL)、丸底フラスコにジケトン (126 mg、1 モル、1 相当) (~ 20 mL) 電磁攪拌棒を装備。
  2. 30 分の 35 の ° C で反応混合物をかき混ぜなさい。
  3. 35 ° C で滴下 3-buten-2-1 (105 mg、1.5 ミリ モル、1.5 同等物) を加え、1 週間同じ温度でかき混ぜます。
  4. 部屋の温度反応を冷却し、追加することによって癒す 〜 飽和塩化アンモニウム水溶液 5 mL。
  5. ジエチル エーテルと水層を抽出します。
  6. 塩水とした有機層を洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥します。
  7. 硫酸マグネシウムをフィルター、回転蒸発によって集中します。
  8. カラム ・ クロマトグラフィによる原油残渣を浄化します。

有機分子触媒は、低コスト ・低毒性代替遷移金属と酵素と比較して、彼らより簡単に合成と得られました。

有機触媒にはされる反応を加速する化学種とやり取りする小さな有機分子が含まれます。

このビデオは、有機触媒、エナミン触媒反応と有機触媒反応のいくつかのアプリケーションを示す手順の原則を示しています。

触媒は反応物の分子との相互作用によって分類できます。共有結合性の相互作用に触媒は活性化と呼ばれる手順で一時的な共有結合を介して反応中間体を形成します。これらの化合物を活性化し、さらに反応するのに進みます。有機触媒分子の回復プロセスが完了します。

ルイスの基盤、電子ドナーは、通常、その汎用性のための触媒の最も一般的なタイプの化合物。たとえば、エナミン触媒強化 nucleophilicity、選択的アルキル化とアルドール反応を有効にすることです。イミニウム、別のアミン系触媒は、マイケル付加や及び促進するため反応の有するを改善するために使用されます。

これらの触媒は、不斉触媒として知られているプロセスで特定の立体製品も選択できます。これの最初の例の 1 つは光学活性アミノ酸プロリン触媒アルドール反応だった。

プロリンは、ケトン、水を解放し、光学活性エナミンの生成に共有結合します。立体選択的アルドール反応を開始する強い求核剤でこの結果します。この例に示す反応は、ステロイドの合成の前駆体の生産のため重要です。

今、let's 開発の原則を紹介してきた見てみましょうプロシージャ (S) を-プロリン触媒アルドール反応。

まず、ヒューム フードに反応しガラスをもたらします。20 mL に試薬丸底フラスコに磁気攪拌棒を追加します。その後、35 ° C で 30 分間混合物をかき混ぜます。

3-buten-2-1 つの 105 mg 滴下に追加混合物温度を維持しながら。1 週間 35 ° C で攪拌し反応をまま

後週渡される、部屋の温度反応を冷却し、飽和塩化アンモニウム水溶液約 5 mL を追加することによって消します。

次に、ジエチル エーテル 30 mL を追加することによって水の層を抽出します。目標到達プロセスを使用して有機と水層を分離します。

塩化ナトリウム飽和溶液で有機層を洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥します。後、ろ過ソリューションから硫酸マグネシウムを削除します。

次に、回転蒸発を使用して製品を集中します。最後に、カラム ・ クロマトグラフィを介して得られた残留物を浄化します。

得られた製品は今 1 H NMR を用いた分析します。

製品のプロトン NMR は、分析し、ヴィーラント症候群 (9) ケトンのピークを識別する使用されます。化合物の 14 水素の合計しています。5.85 ppm で敵陣の一重項はアルケン水素の特徴である、1 に統合します。アルカン マルチプレットb、c、d、およびeは、2.78 と 1.65 ppm, 10 水素の合計への統合までの典型的なシフトで発見されます。最後に、メチル グループfは 3 水素の統合 1.45 ppm のシフトとほとんどいう一重項です。

レッツ開発手順を見てくださいきました今、いくつかのアプリケーションを見てください。

不斉医薬品化合物の合成に不可欠なプロセスとなっています。1 つの例は (S) の生産-ワルファリン、血栓の治療に使用される抗凝固薬。過去には、その合成は、結晶化またはラセミ混合物からのクロマトグラフィーによるキラルの解像度に頼った。このプロセスは、約 19% の収率で起因しました。有機不斉触媒を用いて、無駄なキラル解決プロセスは 99% の利回りを実現する合成と交換済み。

イオン液体は、通常室温で液体の状態に存在する塩です。イオン液体は、開発を含む多くの研究分野で注目を集めています。EMIMAc は、有機性陽イオンおよび陰イオンを持っている化合物の例です。このアプリケーションの立体選択的合成における触媒として使用されます。高い安定性、低揮発性、非可燃性イオン液体のそれらにリサイクルに適した安全な反応メディアを作る。

有機触媒反応にゼウスのビデオを見てきただけ。このビデオでは、開発、一般的な手順といくつかのアプリケーションを覆われています。見てくれてありがとう!

Results

精製した製品が必要次の1H-NMR スペクトル: 1H NMR δ 5.88 (1 H, s) 2.6 2.7 (2 H, m)、2.3 2.55 (4 H、m)、2.0 2.2 (2 H, m)、1.6-1.8 (2 H, m)、1.4 (3 H, s)。

Applications and Summary

この実験は、エナミン触媒反応を設定する方法についてを説明しました。触媒作用の他の形態と比較して、開発研究では、比較的若い分野が近年開発の分野は、劇的な成長を経験しています。開発の関心の高まりには、研究に上昇を与えているもを利用する触媒の 1 つ以上の型の新しいタイプの反応性を達成するために。たとえば、遷移金属触媒と組み合わせて有機触媒を用いる増加のレポートがずっとあります。

不斉は、一般的な抗凝固剤ワルファリンの合成を改善するために使用されています。以前の合成経路は依存より積極的な光学異性体 (S) を買う余裕のラセミ混合物の化学分解 (本質的に無駄なプロセス)-ワルファリン 19% で得られる。不斉 (S) の力を借りて今-ワーファリン イミニウム触媒を介して 99% の収率で化学分解することがなくアクセスできます。

Figure 2
図 2: (S)-ワルファリン

タミフルは、インフルエンザの治療に使用される抗ウイルス薬は開発を使用して合成されています。この合成触媒、prolinol から派生した触媒の一般的なタイプを使用します。有機マイケル付加では、タミフルは、3 つの必要な stereocenters のうち 2 つを設定します。

Figure 3
図 3: 抗ウイルス薬、タミフル。

Figure 2

  1. (S) を追加-プロリン (40 mg、0.35 ミリ モル、0.35 同等物)、アセトニ トリル (MeCN、5 mL)、丸底フラスコにジケトン (126 mg、1 モル、1 相当) (~ 20 mL) 電磁攪拌棒を装備。
  2. 30 分の 35 の ° C で反応混合物をかき混ぜなさい。
  3. 35 ° C で滴下 3-buten-2-1 (105 mg、1.5 ミリ モル、1.5 同等物) を加え、1 週間同じ温度でかき混ぜます。
  4. 部屋の温度反応を冷却し、追加することによって癒す 〜 飽和塩化アンモニウム水溶液 5 mL。
  5. ジエチル エーテルと水層を抽出します。
  6. 塩水とした有機層を洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥します。
  7. 硫酸マグネシウムをフィルター、回転蒸発によって集中します。
  8. カラム ・ クロマトグラフィによる原油残渣を浄化します。

有機分子触媒は、低コスト ・低毒性代替遷移金属と酵素と比較して、彼らより簡単に合成と得られました。

有機触媒にはされる反応を加速する化学種とやり取りする小さな有機分子が含まれます。

このビデオは、有機触媒、エナミン触媒反応と有機触媒反応のいくつかのアプリケーションを示す手順の原則を示しています。

触媒は反応物の分子との相互作用によって分類できます。共有結合性の相互作用に触媒は活性化と呼ばれる手順で一時的な共有結合を介して反応中間体を形成します。これらの化合物を活性化し、さらに反応するのに進みます。有機触媒分子の回復プロセスが完了します。

ルイスの基盤、電子ドナーは、通常、その汎用性のための触媒の最も一般的なタイプの化合物。たとえば、エナミン触媒強化 nucleophilicity、選択的アルキル化とアルドール反応を有効にすることです。イミニウム、別のアミン系触媒は、マイケル付加や及び促進するため反応の有するを改善するために使用されます。

これらの触媒は、不斉触媒として知られているプロセスで特定の立体製品も選択できます。これの最初の例の 1 つは光学活性アミノ酸プロリン触媒アルドール反応だった。

プロリンは、ケトン、水を解放し、光学活性エナミンの生成に共有結合します。立体選択的アルドール反応を開始する強い求核剤でこの結果します。この例に示す反応は、ステロイドの合成の前駆体の生産のため重要です。

今、let's 開発の原則を紹介してきた見てみましょうプロシージャ (S) を-プロリン触媒アルドール反応。

まず、ヒューム フードに反応しガラスをもたらします。20 mL に試薬丸底フラスコに磁気攪拌棒を追加します。その後、35 ° C で 30 分間混合物をかき混ぜます。

3-buten-2-1 つの 105 mg 滴下に追加混合物温度を維持しながら。1 週間 35 ° C で攪拌し反応をまま

後週渡される、部屋の温度反応を冷却し、飽和塩化アンモニウム水溶液約 5 mL を追加することによって消します。

次に、ジエチル エーテル 30 mL を追加することによって水の層を抽出します。目標到達プロセスを使用して有機と水層を分離します。

塩化ナトリウム飽和溶液で有機層を洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥します。後、ろ過ソリューションから硫酸マグネシウムを削除します。

次に、回転蒸発を使用して製品を集中します。最後に、カラム ・ クロマトグラフィを介して得られた残留物を浄化します。

得られた製品は今 1 H NMR を用いた分析します。

製品のプロトン NMR は、分析し、ヴィーラント症候群 (9) ケトンのピークを識別する使用されます。化合物の 14 水素の合計しています。5.85 ppm で敵陣の一重項はアルケン水素の特徴である、1 に統合します。アルカン マルチプレットb、c、d、およびeは、2.78 と 1.65 ppm, 10 水素の合計への統合までの典型的なシフトで発見されます。最後に、メチル グループfは 3 水素の統合 1.45 ppm のシフトとほとんどいう一重項です。

レッツ開発手順を見てくださいきました今、いくつかのアプリケーションを見てください。

不斉医薬品化合物の合成に不可欠なプロセスとなっています。1 つの例は (S) の生産-ワルファリン、血栓の治療に使用される抗凝固薬。過去には、その合成は、結晶化またはラセミ混合物からのクロマトグラフィーによるキラルの解像度に頼った。このプロセスは、約 19% の収率で起因しました。有機不斉触媒を用いて、無駄なキラル解決プロセスは 99% の利回りを実現する合成と交換済み。

イオン液体は、通常室温で液体の状態に存在する塩です。イオン液体は、開発を含む多くの研究分野で注目を集めています。EMIMAc は、有機性陽イオンおよび陰イオンを持っている化合物の例です。このアプリケーションの立体選択的合成における触媒として使用されます。高い安定性、低揮発性、非可燃性イオン液体のそれらにリサイクルに適した安全な反応メディアを作る。

有機触媒反応にゼウスのビデオを見てきただけ。このビデオでは、開発、一般的な手順といくつかのアプリケーションを覆われています。見てくれてありがとう!

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE