אורגנוקטליזה

זרזים אורגניים הם חלופה בעלות נמוכה ורעילות נמוכה למתכות מעבר, ובהשוואה לאנזימים, הם מסונתזים ומושגים ביתר קלות.

אורגנוקטליזה כוללת מולקולות אורגניות קטנות המקיימות אינטראקציה עם מינים כימיים כדי להאיץ תגובות מבלי לצרוך אותן.

סרטון זה ימחיש את עקרונות האורגנוקטליזה, הליך המדגים תגובה מזורזת של אנמין, וכמה יישומים של אורגנוקטליזה.

ניתן לסווג זרזים אורגניים לפי האינטראקציות שלהם עם מולקולות מגיבות. באינטראקציות קוולנטיות, זרזים יוצרים ביניים תגובתי באמצעות קשר קוולנטי חולף בשלב המכונה הפעלה. התרכובות המופעלות הללו ממשיכות להגיב עוד יותר. התהליך מסתיים עם התאוששות מולקולת האורגנוקטליזה.

בסיסי לואיס, תרכובות שהן בדרך כלל תורמות אלקטרונים, הן הסוג הנפוץ ביותר של אורגנו-קטליזטור בשל הרבגוניות שלהן. לדוגמה, זרזי אנמין משפרים את הנוקלאופיליות, ומאפשרים תגובות אלקילציה ואלדול סלקטיביות. אימיניום, זרז נוסף מבוסס אמין, משמש לשיפור האלקטרופיליות של מגיבים כדי לקדם תוספות מיכאל או ציקלו-תוספות.

זרזים אלה יכולים גם לבחור תוצרי סטריאואיזומר מסוימים בתהליך המכונה קטליזה אסימטרית. אחת הדוגמאות הראשונות לכך הייתה תגובת אלדול שזורזה על ידי פרולין, חומצת אמינו כיראלית.

פרולין נקשר קוולנטית לקטון, משחרר מים ומייצר אנמין כיראלי. התוצאה היא נוקלאופיל חזק יותר שיוזם תגובת אלדול סטריאוסלקטיבית. התגובה המוצגת בדוגמה זו חשובה לייצור קודמן לסינתזה של סטרואידים.

כעת, לאחר שכיסינו את העקרונות של אורגנוקטליזה, בואו נסתכל על הליך לתגובת אלדול מזורזת (S)-פרולין.

ראשית, הביאו את המגיבים וכלי הזכוכית למכסה האדים. הוסף את הריאגנטים לבקבוק תחתון עגול של 20 מ"ל עם מוט ערבוב מגנטי. לאחר מכן, מערבבים את התערובת בחום של 35 ? C למשך 30 דקות.

לאחר מכן מוסיפים לתערובת 105 מ"ג של 3-בוטן-2-1 טיפה, תוך שמירה על הטמפרטורה. השאירו את התגובה לערבב במשך שבוע בטמפרטורה של 35 ?C.

לאחר שחלף שבוע, קררו את התגובה לטמפרטורת החדר, ולאחר מכן הרוו אותה על ידי הוספת כ-5 מ"ל של אמוניום כלוריד מימי רווי.

לאחר מכן, חלץ את השכבה המימית על ידי הוספת 30 מ"ל של אתר דיאתיל. הפרד את השכבות האורגניות והמימיות באמצעות משפך הפרדה.

לאחר מכן, שטפו את השכבות האורגניות בתמיסת נתרן כלורי רוויה, וייבשו עם מגנזיום גופרתי נטול מים. לאחר מכן, הסר את המגנזיום גופרתי מהתמיסה באמצעות סינון.

לאחר מכן, רכז את המוצר באמצעות אידוי סיבובי. לבסוף, טהר את השאריות המתקבלות באמצעות כרומטוגרפיה של עמודות.

כעת ניתן לנתח את המכפלה המתקבלת באמצעות תמ"ג 1H

התמ"ג הפרוטוני של המוצר משמש לניתוח וזיהוי הפסגות של קטון וילנד-מישר. במתחם יש בסך הכל 14 מימנים. הסינגל במורד השדה ב-5.85 עמודים לדקה אופייני למימן אלקן a ומשתלב ל-1. מכפילי האלקנים b, c, d ו-e נמצאים במשמרות האופייניות שלהם הנעות בין 2.78 ל-1.65 ppm, ומשתלבים בסך הכל ב-10 מימנים. לבסוף, קבוצת המתיל f היא הסינגל הגבוה ביותר עם תזוזה של 1.45 ppm עם אינטגרציה של 3 מימנים.

כעת, לאחר שהסתכלנו על הליך אורגנוקטליזה, בואו נסתכל על כמה יישומים

אורגנוקטליזה אסימטרית הפכה לתהליך הכרחי לסינתזה של תרכובות פרמצבטיות. דוגמה אחת היא ייצור (S)-וורפרין, נוגד קרישה המשמש לטיפול בקרישי דם. בעבר, הסינתזה שלו הסתמכה על רזולוציה כיראלית, באמצעות התגבשות או כרומטוגרפיה, מתערובות רצמיות. תהליך זה הביא לתשואות של כ-19%. בעזרת זרז כיראלי אורגני, תהליך הפתרון הכיראלי הבזבזני הוחלף בסינתזה שמשיגה תשואות של 99%.

נוזלים יוניים הם מלחים הקיימים בדרך כלל במצב נוזלי בטמפרטורת החדר. נוזלים יוניים זוכים לתשומת לב בתחומי מחקר רבים כולל אורגנוקטליזה. EMIMAc היא דוגמה לתרכובת שיש בה קטיונים אורגניים ואניונים. ביישום זה הוא משמש כזרז בסינתזה סטריאוסלקטיבית. היציבות הגבוהה, התנודתיות הנמוכה ואי הדליקות של נוזלים יוניים הופכים אותם לאמצעי תגובה בטוח המתאים למיחזור.

זה עתה צפיתם בסרטון של JoVE על אורגנוקטליזה. סרטון זה כיסה אורגנוקטליזה, הליך כללי וכמה יישומים. תודה שצפית!