Organocatalyse

Organic Chemistry II

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Overview

Source : Vy M. Dong et Faben Cruz, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA

Cette expérience démontrera le concept d’organocatalyse en illustrant l’installation correcte d’une réaction qui utilise la catalyse de l’énamine. Organocatalyse est une forme de catalyse qui utilise des quantités sous-stoechiométriques de petites molécules organiques pour accélérer les réactions. Ce type de catalyse est complémentaire aux autres formes de catalyse tels que les métaux de transition ou de biocatalyse. Catalyse de métaux de transition implique des métaux de transition comme catalyseurs et biocatalyse utilise des enzymes comme catalyseurs. Quelques avantages d’organocatalyse comprennent la faible toxicité et le coût de l’organocatalysts par rapport à nombreux catalyseurs métalliques. En outre, la plupart organocatalysts ne sont pas sensibles à l’air et l’humidité, à la différence des catalyseurs métalliques. Contrairement à des enzymes présentes dans les organismes vivants, les petites molécules qui agissent comme organocatalysts sont généralement faciles d’accès. En outre, organocatalyse offre complémentaire et nouvelle réactivité ne pas observée avec d’autres formes de la catalyse.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Chimie organique II. Organocatalyse. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Organocatalysts peuvent être divisés en quatre catégories selon le type de catalyseur. La plupart des organocatalysts peut être décrite comme bases de Lewis, acides de Lewis, bases de Bronsted ou des acides de Bronsted. Ces catégories d’organocatalyst décrivent le mode d’activation selon laquelle le catalyseur agit pour faciliter la catalyse. En plus de ces différents modes d’activation, organocatalysts peuvent interagir avec des substrats via des interactions covalentes ou non covalentes ; tous deux ont leurs avantages et leurs inconvénients. En règle générale, les interactions covalentes sont plus faciles à contrôler et donc prévoir. Souvent, les catalyseurs qui tirent parti des interactions non-covalentes nécessitent plus faibles charges de catalyseur en comparaison de ceux qui opèrent via des interactions covalentes.

Bases de Lewis, en particulier les amines, sont le type le plus commun d’organocatalyst. Plusieurs types de réactivité ont été obtenus en utilisant uniquement un catalyseur amine. Par exemple, le caractère nucléophile des nucléophiles peut être accentué par l’intermédiaire de catalyse énamine alkylations sélectives ou réactions aldoliques. Catalyseurs à base d’amines peuvent également améliorer le caractère électrophile de substrats par catalyse iminium pour promouvoir les additions de Michael ou les réactions de cycloaddition. Catalyseurs à base d’amines peuvent même servir de catalyseurs de transfert de phase à la médiation des réactions entre les phases de deux milieux.

En plus de l’activation du substrat, ces catalyseurs peuvent également introduire une chiralité dans les produits qu’ils forment, dans un concept appelé catalyse asymétrique. Un acide aminé chiral proline, un des premiers exemples d’organocatalyse asymétrique permettant de catalyser une réaction d’aldolisation (Figure 1). Proline se condense sur l’un des cétones pour générer une énamine chiraux. Ce faisant, l’organocatalyst génère un nucléophile fort et introduit chiralité telle que la réaction Aldol peut être stéréosélective. L’exemple représenté est de la réaction de Hajos-Parrish-Eder-Sauer-Wiechert. Le produit de cette réaction est un important précurseur pour la synthèse de stéroïdes produits naturels et leurs dérivés.

Figure 1
Figure 1 : Un des premiers exemples d’organocatalyse asymétrique utilisée un aminoacide chiraux, proline, de catalyser une réaction d’aldolisation.

Procedure

Figure 2

  1. Ajouter le (S)-proline (40 mg, 0.35 mmol, équivalents de 0,35), l’acétonitrile (MeCN, 5 mL) et la dicétone (126 mg, 1 mmol, 1 équivalent) d’un ballon à fond rond (~ 20 mL) équipé d’un bar d’agitation magnétique.
  2. Remuer le mélange réactionnel à 35 ° C pendant 30 min.
  3. Ajouter 3-buten-2-one (105 mg, 1,5 mmol, 1,5 équivalent) goutte à goutte à 35 ° C et mélanger à la même température pendant 1 semaine.
  4. Refroidir la réaction à la température ambiante et étancher en ajoutant ~ 5 mL de solution aqueux saturée de chlorure d’ammonium.
  5. Extraire la phase aqueuse avec éther diethylique.
  6. Laver les couches organiques combinés avec de la saumure et essuyer avec du sulfate de magnésium anhydre.
  7. Filtrer le sulfate de magnésium et concentré par évaporation rotatoire.
  8. Purifier le résidu brut par chromatographie sur colonne.

Organocatalysts toxicité faible coût et faible se substituent aux métaux de transition, et par rapport aux enzymes, ils sont plus facilement synthétisée et obtenus.

Organocatalyse implique de petites molécules organiques qui interagissent avec des espèces chimiques afin d’accélérer les réactions sans être consommé.

Cette vidéo illustre les principes d’organocatalyse, une procédure établissant une réaction de l’énamine catalysée et certaines applications d’organocatalyse.

Organocatalysts peuvent être classés par leurs interactions avec les molécules réactives. Dans les interactions covalentes, catalyseurs forment un intermédiaire réactif via une liaison covalente transitoire lors d’une étape appelée activation. Ces activé composés alors procéder plus réagir. Le processus se termine avec la reprise de la molécule organocatalyse.

Bases de Lewis, les composés qui sont généralement des donneurs d’électrons, qui sont le type le plus commun d’organocatalyst en raison de leur polyvalence. Par exemple, catalyseurs de l’énamine renforcent la caractère nucléophile, permettant des réactions sélectives d’alkylation et aldol. Iminium, un autre catalyseur à base d’amines, est utilisé pour améliorer le caractère électrophile des réactifs pour promouvoir les additions de Michael ou les réactions de cycloaddition.

Ces catalyseurs peuvent aussi sélectionner pour produits stéréoisomère particulière dans un processus appelé catalyse asymétrique. Un des premiers exemples de cela a été une réaction d’aldolisation catalysée par la proline, un acide aminé chiral.

Proline adhère par covalence à une cétone, libérant de l’eau et de générer une énamine chiraux. Cela se traduit par un plus fort nucléophile qui déclenche une réaction d’aldolisation stéréosélective. La réaction illustrée dans cet exemple est importante pour la production d’un précurseur pour la synthèse de stéroïdes.

Maintenant que nous avons couvert les principes d’organocatalyse nous allons examiner une procédure pour un (e) S-proline catalyse la réaction d’aldolisation.

Tout d’abord, mettre les réactifs et les produits de verre à la hotte. Ajouter que les réactifs à une 20 mL rond ballon avec un bar d’agitation magnétique. Puis, incorporer le mélange à 35 ° C pendant 30 minutes.

Puis ajouter 105 mg de 3-buten-2-un goutte à goutte du mélange, tout en maintenant la température. Laissez la réaction de remuer pendant une semaine à 35 ° C.

Après qu’une semaine a un passé, laisser refroidir la réaction à la température ambiante et puis il étancher en ajoutant environ 5 mL de solution aqueux saturée de chlorure d’ammonium.

Ensuite, extrayez la phase aqueuse en ajoutant 30 mL d’éther diéthylique. Séparer les couches organiques et aqueux à l’aide d’une ampoule à décanter.

Ensuite, laver les couches organiques avec une solution saturée de chlorure de sodium et sécher avec du sulfate de magnésium anhydre. Après, retirer le sulfate de magnésium de la solution par filtration.

Ensuite, concentrer le produit à l’aide d’évaporateur rotatif. Enfin, purifier les résidus obtenus par chromatographie sur colonne.

Le produit obtenu peut maintenant être analysé en utilisant la RMN du 1H

La RMN du proton du produit est utilisé pour analyser et identifier les sommets de la cétone de Wieland-Miescher. Le composé a un total de 14 atomes d’hydrogène. Le singulet downfield 5,85 ppm est caractéristique de l’alcène hydrogène un et s’intègre à 1. L’alcane multiplets b, c, d et e sont trouvent dans leurs déplacements typiques allant de 2,78 à 1,65 ppm, intégrant pour un total de 10 atomes d’hydrogène. Enfin, le groupe méthyle f est la plupart singulet upfield avec un déplacement de 1,45 ppm avec une intégration de 3 atomes d’hydrogène.

Maintenant que nous avons examiné une procédure organocatalyse nous allons regarder certaines applications

Organocatalyse asymétrique est devenu un processus indispensable pour la synthèse de composés pharmaceutiques. Un exemple est la production de (S)-warfarine, un anticoagulant utilisé pour traiter les caillots de sang. Dans le passé, sa synthèse a invoqué la résolution chirale, par cristallisation ou par chromatographie, de mélanges racémiques. Ce processus a entraîné des rendements d’environ 19 %. À l’aide d’un catalyseur chiral organique, le processus de résolution chirale gaspillage a été remplacé par une synthèse qui permet d’obtenir des rendements de 99 %.

Liquides ioniques sont des sels qui existent généralement à l’état liquide à température ambiante. Liquides ioniques gagnent l’attention dans de nombreux domaines de recherche, y compris organocatalyse. EMIMAc est un exemple d’un composé qui a des anions et des cations organiques. Dans cette application, il est utilisé comme catalyseur dans une synthèse stéréosélective. La stabilité élevée, faible volatilité et sont ininflammables de liquides ioniques rend un média sécuritaire de réaction qui est recyclable.

Vous avez juste regardé les vidéo de JoVE sur organocatalyse. Cette vidéo couverts organocatalyse, une procédure générale et certaines applications. Merci de regarder !

Results

Le produit purifié doit avoir le spectre RMN de H de 1à l’adresse suivant : 1H RMN δ 5.88 (1 H, s), 2.6 à 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

Cette expérience a démontré comment mettre en place une réaction de l’énamine catalysée. Par rapport à d’autres formes de la catalyse, organocatalyse est un domaine relativement jeune de la recherche, mais ces dernières années, le domaine de l’organocatalyse a connu une croissance spectaculaire. L’intérêt croissant pour l’organocatalyse a également donné lieu à la recherche qui fait usage de plusieurs types de catalyse pour réaliser de nouveaux types de réactivité. Par exemple, on a signalé une augmentation des utiliser organocatalyse avec catalyse de métaux de transition.

Organocatalyse asymétrique a été utilisé pour améliorer la synthèse de la warfarine, un anticoagulant commun. La voie de synthèse précédente s’est fondé sur la résolution chimique (un processus intrinsèquement inutile) du mélange racémique s’offrir l’énantiomère plus actif (S)-warfarine rendement de 19 %. Maintenant, avec l’aide d’organocatalyse asymétrique, (S)-warfarine est désormais accessible sans résolution chimique avec un rendement de 99 % par catalyse iminium.

Figure 2
Figure 2 : (S)-warfarine.

Le médicament antiviral, le Tamiflu, qui est utilisé pour traiter la grippe a été synthétisé à l’aide d’organocatalyse. Cette synthèse fait appel à un type commun d’organocatalyst, un catalyseur de dérivés prolinol. L’addition de Michael d’organocatalyzed définit deux sur les trois stéréocentres nécessaires dans Tamiflu.

Figure 3
Figure 3 : Les médicaments antiviraux, Tamiflu.

Figure 2

  1. Ajouter le (S)-proline (40 mg, 0.35 mmol, équivalents de 0,35), l’acétonitrile (MeCN, 5 mL) et la dicétone (126 mg, 1 mmol, 1 équivalent) d’un ballon à fond rond (~ 20 mL) équipé d’un bar d’agitation magnétique.
  2. Remuer le mélange réactionnel à 35 ° C pendant 30 min.
  3. Ajouter 3-buten-2-one (105 mg, 1,5 mmol, 1,5 équivalent) goutte à goutte à 35 ° C et mélanger à la même température pendant 1 semaine.
  4. Refroidir la réaction à la température ambiante et étancher en ajoutant ~ 5 mL de solution aqueux saturée de chlorure d’ammonium.
  5. Extraire la phase aqueuse avec éther diethylique.
  6. Laver les couches organiques combinés avec de la saumure et essuyer avec du sulfate de magnésium anhydre.
  7. Filtrer le sulfate de magnésium et concentré par évaporation rotatoire.
  8. Purifier le résidu brut par chromatographie sur colonne.

Organocatalysts toxicité faible coût et faible se substituent aux métaux de transition, et par rapport aux enzymes, ils sont plus facilement synthétisée et obtenus.

Organocatalyse implique de petites molécules organiques qui interagissent avec des espèces chimiques afin d’accélérer les réactions sans être consommé.

Cette vidéo illustre les principes d’organocatalyse, une procédure établissant une réaction de l’énamine catalysée et certaines applications d’organocatalyse.

Organocatalysts peuvent être classés par leurs interactions avec les molécules réactives. Dans les interactions covalentes, catalyseurs forment un intermédiaire réactif via une liaison covalente transitoire lors d’une étape appelée activation. Ces activé composés alors procéder plus réagir. Le processus se termine avec la reprise de la molécule organocatalyse.

Bases de Lewis, les composés qui sont généralement des donneurs d’électrons, qui sont le type le plus commun d’organocatalyst en raison de leur polyvalence. Par exemple, catalyseurs de l’énamine renforcent la caractère nucléophile, permettant des réactions sélectives d’alkylation et aldol. Iminium, un autre catalyseur à base d’amines, est utilisé pour améliorer le caractère électrophile des réactifs pour promouvoir les additions de Michael ou les réactions de cycloaddition.

Ces catalyseurs peuvent aussi sélectionner pour produits stéréoisomère particulière dans un processus appelé catalyse asymétrique. Un des premiers exemples de cela a été une réaction d’aldolisation catalysée par la proline, un acide aminé chiral.

Proline adhère par covalence à une cétone, libérant de l’eau et de générer une énamine chiraux. Cela se traduit par un plus fort nucléophile qui déclenche une réaction d’aldolisation stéréosélective. La réaction illustrée dans cet exemple est importante pour la production d’un précurseur pour la synthèse de stéroïdes.

Maintenant que nous avons couvert les principes d’organocatalyse nous allons examiner une procédure pour un (e) S-proline catalyse la réaction d’aldolisation.

Tout d’abord, mettre les réactifs et les produits de verre à la hotte. Ajouter que les réactifs à une 20 mL rond ballon avec un bar d’agitation magnétique. Puis, incorporer le mélange à 35 ° C pendant 30 minutes.

Puis ajouter 105 mg de 3-buten-2-un goutte à goutte du mélange, tout en maintenant la température. Laissez la réaction de remuer pendant une semaine à 35 ° C.

Après qu’une semaine a un passé, laisser refroidir la réaction à la température ambiante et puis il étancher en ajoutant environ 5 mL de solution aqueux saturée de chlorure d’ammonium.

Ensuite, extrayez la phase aqueuse en ajoutant 30 mL d’éther diéthylique. Séparer les couches organiques et aqueux à l’aide d’une ampoule à décanter.

Ensuite, laver les couches organiques avec une solution saturée de chlorure de sodium et sécher avec du sulfate de magnésium anhydre. Après, retirer le sulfate de magnésium de la solution par filtration.

Ensuite, concentrer le produit à l’aide d’évaporateur rotatif. Enfin, purifier les résidus obtenus par chromatographie sur colonne.

Le produit obtenu peut maintenant être analysé en utilisant la RMN du 1H

La RMN du proton du produit est utilisé pour analyser et identifier les sommets de la cétone de Wieland-Miescher. Le composé a un total de 14 atomes d’hydrogène. Le singulet downfield 5,85 ppm est caractéristique de l’alcène hydrogène un et s’intègre à 1. L’alcane multiplets b, c, d et e sont trouvent dans leurs déplacements typiques allant de 2,78 à 1,65 ppm, intégrant pour un total de 10 atomes d’hydrogène. Enfin, le groupe méthyle f est la plupart singulet upfield avec un déplacement de 1,45 ppm avec une intégration de 3 atomes d’hydrogène.

Maintenant que nous avons examiné une procédure organocatalyse nous allons regarder certaines applications

Organocatalyse asymétrique est devenu un processus indispensable pour la synthèse de composés pharmaceutiques. Un exemple est la production de (S)-warfarine, un anticoagulant utilisé pour traiter les caillots de sang. Dans le passé, sa synthèse a invoqué la résolution chirale, par cristallisation ou par chromatographie, de mélanges racémiques. Ce processus a entraîné des rendements d’environ 19 %. À l’aide d’un catalyseur chiral organique, le processus de résolution chirale gaspillage a été remplacé par une synthèse qui permet d’obtenir des rendements de 99 %.

Liquides ioniques sont des sels qui existent généralement à l’état liquide à température ambiante. Liquides ioniques gagnent l’attention dans de nombreux domaines de recherche, y compris organocatalyse. EMIMAc est un exemple d’un composé qui a des anions et des cations organiques. Dans cette application, il est utilisé comme catalyseur dans une synthèse stéréosélective. La stabilité élevée, faible volatilité et sont ininflammables de liquides ioniques rend un média sécuritaire de réaction qui est recyclable.

Vous avez juste regardé les vidéo de JoVE sur organocatalyse. Cette vidéo couverts organocatalyse, une procédure générale et certaines applications. Merci de regarder !

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