Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Синтез оксамида из дициана и воды Юстусом фон Либихом представляет собой первую органокаталитическую реакцию с ацетальдегидом, который далее был идентифицирован как первый открытый «чистый органокатализатор», который действует аналогично так называемым « ферментам », ныне известным как ферменты . [1] [2]

В органической химии термин « органокатализ» ( сочетание терминов «органический» и «катализатор») относится к форме катализа , при которой скорость химической реакции увеличивается с помощью органического катализатора, называемого «органокатализатор», состоящий из углерод , водород , сера и другие неметаллические элементы, содержащиеся в органических соединениях. [3] [4] [5] [6] [7] [8] Из - за их сходства в составе и описании, они часто ошибочно принимают как некорректная для ферментов из-за их сопоставимого воздействия на скорость реакции и формы вовлеченного катализа.

Органокатализаторы, которые демонстрируют функциональность вторичного амина, можно описать как осуществляющие либо енаминный катализ (путем образования каталитических количеств активного енаминного нуклеофила ), либо иминиевый катализ (путем образования каталитических количеств активированного иминиевого электрофила). Этот механизм типичен для ковалентного органокатализа. Ковалентное связывание субстрата обычно требует высокой загрузки катализатора (для пролинового катализа обычно 20-30 мол.%). Нековалентные взаимодействия, такие как образование водородных связей, способствуют низкой загрузке катализатора (до 0,001% мол.).

Органокатализ дает несколько преимуществ. Нет необходимости в катализе на основе металлов, что вносит вклад в зеленую химию . В этом контексте простые органические кислоты использовались в качестве катализатора для модификации целлюлозы в воде в многотонном масштабе. [9] Когда органокатализатор является хиральным, открывается путь для асимметричного катализа , например, использование пролина в альдольных реакциях является примером хиральности и зеленой химии. [10]

Введение [ править ]

Обычные ахиральные органокатализаторы основаны на азоте, таком как пиперидин, который используется при конденсации Кневенагеля . [11] DMAP, используемый в эстерификации [12], и DABCO, используемый в реакции Бейлиса-Хиллмана . [13] Соли тиазолия используются в реакции Стеттера . Эти катализаторы и реакции имеют долгую историю, но текущий интерес к органокатализу сосредоточен на асимметричном катализе с хиральными катализаторами, называемом асимметричным органокатализом или энантиоселективным органокатализом.. Новаторская реакция, разработанная в 1970-х годах, называется реакцией Хайоса – Пэрриша – Эдера – Зауэра – Вихерта . Между 1968 и 1997 годами было лишь несколько сообщений об использовании малых органических молекул в качестве катализаторов асимметричных реакций (реакция Хайоса – Пэрриша, вероятно, самая известная), но эти химические исследования рассматривались скорее как уникальные химические реакции, чем как интегральные. части большего, взаимосвязанного поля. [14]

В этой реакции встречающийся в природе хиральный пролин является хиральным катализатором альдольной реакции . Исходным материалом является ахиральный трикетон, и для получения продукта реакции - кетола с 93% энантиомерным избытком - требуется всего 3% пролина . Это первый пример асимметричной альдольной реакции, катализируемой аминокислотами. [15] [16]

Асимметричный синтез Wieland-Мишер кетона (1985) также основан на пролин и еще раннее применение было одним из преобразований в общем синтезе из эритромицина по Роберте Б. Вудворду (1981). [17] Краткий обзор статьи посвящен избранным недавним примерам полного синтеза природных и фармацевтических продуктов с использованием органокаталитических реакций. [18]

Многие хиральные органокатализаторы представляют собой адаптацию хиральных лигандов (которые вместе с металлическим центром также катализируют асимметричные реакции), и обе концепции в некоторой степени перекрываются.

Классы органокатализаторов [ править ]

Органокатализаторы асимметричного синтеза можно разделить на несколько классов:

  • Биомолекулы : пролин , фенилаланин . Вторичные амины в целом. [19] В хинном алкалоиды , некоторые олигопептиды .
  • Синтетические катализаторы на основе биомолекул.
  • Катализаторы водородного связывания , включая ТАДДОЛЫ , производные БИНОЛА, такие как НОБИН , и органокатализаторы на основе тиомочевин.
  • Соли триазолия как катализаторы реакции Стеттера нового поколения

Примеры асимметричных реакций с участием органокатализаторов:

  • Асимметричные реакции Дильса-Альдера
  • Асимметричные реакции Майкла
  • Асимметричные реакции Манниха
  • Ши эпоксидирование
  • Органокаталитическое гидрирование с переносом

Пролин [ править ]

Основная статья: Органокатализ пролина

Был рассмотрен пролиновый катализ. [20] [21]

Имидазолидиноновый органокатализ [ править ]

Имидазолидиноны являются катализаторами многих превращений, таких как асимметричные реакции Дильса-Альдера и присоединения Михаэля . Хиральные катализаторы вызывают асимметричные реакции , часто с высокой энантиоселективностью. Этот катализатор работает, образуя иминиевый ион с карбонильными группами α, β-ненасыщенных альдегидов ( еналов ) и енонов в быстром химическом равновесии . Эта активация иминия подобна активации карбонильных групп кислотой Льюиса, и оба катализатора снижают НСМО субстрата : [22] [23]

Промежуточный иминиевый промежуточный продукт является хиральным, который переносится в продукт реакции посредством хиральной индукции . Катализаторы были использованы в реакции Дильса-Альдера , Майкл добавлений , Фриделя-Крафтса алкилирований , передаточных гидрировании и эпоксидирования .

Одним из примеров является асимметричный синтез препарата варфарин (в равновесии с полукеталя ) в Михаэлю из 4-гидроксикумарина и бензилиденацетона : [24]

Недавний успех - виниловое алкилирование кротонового альдегида с помощью трифторбораторганической соли : [25]

Для других примеров его использования: см. Гидрогенизацию органокаталитического переноса и асимметричные реакции Дильса-Альдера .


Органокатализ тиомочевины [ править ]

Основная статья: Органокатализ тиомочевины

Большая группа органокатализаторов включает мочевину или тиомочевину . Эти каталитически эффективные производные (тио) мочевины, называемые органокатализаторами (тио) мочевины, обеспечивают явные взаимодействия двойных водородных связей для координации и активации субстратов, принимающих водородные связи. [26]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Юстус фон Либих, Юстус (1860). "Ueber die Bildung des Oxamids aus Cyan" . Annalen der Chemie und Pharmacie . 113 (2): 246–247. DOI : 10.1002 / jlac.18601130213 .
  2. ^ В. Лангенбек (1929). "Über Organische Katalysatoren. III. Die Bildung von Oxamid aus Dicyan bei Gegenwart von Aldehyden". Liebigs Ann . 469 : 16–25. DOI : 10.1002 / jlac.19294690103 .
  3. ^ Berkessel А., Groeger, H. (2005). Асимметричный органокатализ . Вайнхайм: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-30517-9.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  4. ^ Специальный выпуск: Список, Бенджамин (2007). «Органокатализ» . Chem. Ред . 107 (12): 5413–5883. DOI : 10.1021 / cr078412e .
  5. ^ Петр I. Dalko; Лайонел Мойсан (2004). «В золотой век органокатализа». Энгью. Chem. Int. Эд . 43 (39): 5138–5175. DOI : 10.1002 / anie.200400650 . PMID 15455437 . 
  6. ^ Мэтью Дж. Гонт; Карин К.С. Йоханссон; Энди МакНелли; Нгок Т. Во (2007). «Энантиоселективный органокатализ». Открытие наркотиков сегодня . 12 (1/2): 8–27. DOI : 10.1016 / j.drudis.2006.11.004 . PMID 17198969 . 
  7. ^ Дитер Эндерс; Кристоф Грондал; Маттиас Р.М. Хюттль (2007). «Асимметричные органокаталитические домино реакции». Энгью. Chem. Int. Эд . 46 (10): 1570–1581. DOI : 10.1002 / anie.200603129 . PMID 17225236 . 
  8. ^ Петр I. Dalko; Лайонел Мойсан (2001). «Энантиоселективный органокатализ». Энгью. Chem. Int. Эд . 40 (20): 3726–3748. DOI : 10.1002 / 1521-3773 (20011015) 40:20 <3726 :: АИД-ANIE3726> 3.0.CO; 2-Д .
  9. ^ Международный патент WO 2006068611 A1 20060629 «Прямая гомогенная и гетерогенная модификация аминов и спиртов, катализируемая аминокислотами». Изобретатели: Армандо Кордова, Стокгольм, Швеция; Йонас Хафрен, Стокгольм, Швеция.
  10. ^ Пример 4 в патенте США 3975440 от 17 августа 1976 г., поданном 9 декабря 1970 г. Золтан Г. Хаджос и Дэвид Р. Пэрриш.
  11. ^ Список, Б. (2010). «Эмиль Кневенагель и корни аминокатализа». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 49 (10): 1730–1734. DOI : 10.1002 / anie.200906900 . PMID 20175175 . 
  12. ^ Нейзес, Бернхард; Стеглих, Вольфганг (июль 1978). «Простой метод этерификации карбоновых кислот». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 17 (7): 522–524. DOI : 10.1002 / anie.197805221 .
  13. ^ Basavaiah, Deevi; Рао, Анумолу Джаганмохан; Сатьянараяна, Тумманапалли (март 2003 г.). «Последние достижения в реакции и приложениях Бейлиса-Хиллмана». Химические обзоры . 103 (3): 811–892. DOI : 10.1021 / cr010043d . PMID 12630854 . 
  14. ^ «Появление и развитие органокатализа» Дэвид К. Макмиллан, ПРИРОДА Том 455 | 18 сентября 2008 | doi: 10.1038 / nature07367
  15. ^ ZG Хайош, DR Пэрриш, патент Германии DE 2102623 1 971
  16. ↑ Золтан Г. Хаджос; Дэвид Р. Пэрриш (1974). «Асимметричный синтез бициклических интермедиатов химии природных продуктов». J. Org. Chem . 39 (12): 1615–1621. DOI : 10.1021 / jo00925a003 .
  17. ^ РБ Вудворд; Э. Логуш; КП Намбияр; К. Сакан; DE Ward; Б.В. Ау-Йунг; П. Баларам; LJ Browne; и другие. (1981). «Асимметричный общий синтез эритромцина. 1. Синтез эритронолидного производного секокислоты посредством асимметричной индукции». Варенье. Chem. Soc . 103 (11): 3210–3213. DOI : 10.1021 / ja00401a049 .
  18. ^ Б. -Ф. Солнце (2015). «Полный синтез натуральных и фармацевтических продуктов на основе органокаталитических реакций» . Tetrahedron Lett . 56 (17): 2133–2140. DOI : 10.1016 / j.tetlet.2015.03.046 .
  19. Перейти ↑ Bertelsen, Søren (2009). «Органокатализ - после золотой лихорадки». Обзоры химического общества . 38 (8): 2178–89. DOI : 10.1039 / b903816g . PMID 19623342 . 
  20. ^ Гаунт, MJ; Йоханссон, CCC; McNally, A .; Во, NT (2007). «Энантиоселективный органокатализ». Открытие наркотиков сегодня . 12 (1–2): 8–27. DOI : 10.1016 / j.drudis.2006.11.004 . PMID 17198969 . 
  21. ^ Кучеренко, АС; Сиюткин Д.Е .; Мальцев, О.В.; Кочетков С.В.; Злотин, С.Г. (2013). «Асимметричный органокатализ: от пролина до высокоэффективных иммобилизованных органокатализаторов». Российский химический вестник . 61 (7): 1313. DOI : 10.1007 / s11172-012-0177-4 . S2CID 93168492 . 
  22. ^ Жеральд Леле; Дэвид В.К. Макмиллан (2006). «Современные стратегии в области органического катализа: появление и развитие активации иминия» (PDF) . Aldrichimica Acta . 39 (3): 79.
  23. ^ Erkkilä, Anniinä; Маджандер, Инкери; Пихко, Петри М. (2007). «Иминиум-катализ». Chem. Ред . 107 (12): 5416–5470. DOI : 10.1021 / cr068388p . PMID 18072802 . 
  24. ^ Нис Халланд; Торе Хансен; Карл Анкер Йоргенсен (2003). «Органокаталитическая асимметричная реакция Михаэля циклических 1,3-дикарбонильных соединений и α, β-ненасыщенных кетонов - высокоатомно-экономичное каталитическое одностадийное образование оптически активного антикоагулянта варфарина». Энгью. Chem. Int. Эд . 42 (40): 4955–4957. DOI : 10.1002 / anie.200352136 . PMID 14579449 . 
  25. ^ Сандра Ли; Дэвид В.К. Макмиллан (2007). "Органокаталитический винил и алкилирование по Фриделю-Крафтсу солями трифторбората" (PDF) . Варенье. Chem. Soc . 129 (50): 15438–15439. DOI : 10.1021 / ja0767480 . PMID 18031044 .  
  26. ^ Мадарас, Адам; Доса, Жолт; Варга, Сцилард; Соос, Тибор; Чампай, Антал; Папай, Имре (июль 2016 г.). «Производные тиомочевины как кислотные органокатализаторы Бренстеда» (PDF) . Катализ ACS . 6 (7): 4379–4387. DOI : 10.1021 / acscatal.6b00618 .