Organocatálisis

Fuente: Vy M. Dong y Faben Cruz, Departamento de química, Universidad de California, Irvine, CA

Este experimento demostrará el concepto de organocatálisis ilustrando la configuración correcta de una reacción que utiliza la catálisis enamine. La organocatálisis es una forma de catálisis que utiliza cantidades substoichiometric de pequeñas moléculas orgánicas para acelerar las reacciones. Este tipo de catálisis es complementaria a otras formas de la catálisis de metales de transición como Biocatálisis. Consiste en catálisis de metales de transición metales de transición como catalizadores y Biocatálisis utiliza enzimas como catalizadores. Algunas ventajas de organocatálisis incluyen la baja toxicidad y el costo de los organocatalizadores en comparación con muchos catalizadores metálicos. Además, la mayoría organocatalizadores no son sensibles al aire y la humedad, a diferencia de los catalizadores metálicos. A diferencia de las enzimas encontradas los organismos vivos, las pequeñas moléculas que actúan como organocatalizadores son típicamente fáciles de acceder. Además, la organocatálisis ofrece complementaria y nueva reactividad no observada con otras formas de catálisis.

Organocatalizadores pueden dividirse en cuatro categorías en función del tipo de catalizador. Organocatalizadores más pueden ser descrito como bases de Lewis, ácidos de Lewis, Bronsted bases o ácidos de Bronsted. Estas categorías de organocatalyst describen el modo de activación por la que el catalizador actúa para facilitar la catálisis. Además de estos diferentes modos de activación, organocatalizadores pueden interactuar con los sustratos a través de interacciones covalentes o no covalentes; ambos tienen sus ventajas y desventajas. Por lo general, son más fáciles de controlar y predecir así interacciones covalentes. A menudo, catalizadores que se aprovechan de las interacciones no-covalentes requieren cargas de catalizador inferiores en comparación con las que operan a través de interacciones covalentes.

Bases de Lewis, especialmente las aminas, son el tipo más común de organocatalyst. Varios tipos de reactividad se han logrado mediante el sólo uso de un catalizador de Amina. Por ejemplo, puede acentuarse el nucleophilicity de nucleophiles vía catálisis enamine alkylations selectivas o reacciones del aldol. Catalizadores basados en aminas también pueden mejorar el electrophilicity de sustratos mediante catálisis de iminio promover adiciones de Michael o actividad. Catalizadores basados en aminas pueden utilizarse incluso como catalizadores de transferencia de fase para mediar reacciones entre las fases de dos medios de comunicación.

Además la activación del sustrato, estos catalizadores también pueden introducir quiralidad en los productos que se forman, en un concepto llamado catálisis asimétrica. Uno de los primeros ejemplos de organocatálisis asimétrica utiliza un aminoácido quiral, prolina, para catalizar una reacción aldólica (figura 1). Prolina se condensa en una de las cetonas para generar un enamine quiral. De esta manera, la organocatalyst genera un nucleófilo más fuerte y presenta quiralidad, tal que la reacción del Aldol puede ser Estereoselectiva. El ejemplo representado es el de la reacción de Hajos-Parrish-Eder-Sauer-Wiechert. El producto de esta reacción es un importante precursor para la síntesis de esteroides productos naturales y sus derivados.

Figura 1: Uno de los primeros ejemplos de organocatálisis asimétrica utiliza un aminoácido quiral, prolina, para catalizar una reacción del Aldol.

1. Agregar la (S)-prolina (40 mg, 0.35 mmol, equivalente 0,35), acetonitrilo (MeCN, 5 mL) y el diketone (126 mg, 1 mmol, 1 equivalente) a un matraz de fondo redondo (~ 20 mL) equipado con una barra de agitación magnética.
2. Revuelva la mezcla de reacción a 35 º C durante 30 minutos.
3. Añadir 3-buten-2-one (105 mg, 1,5 mmol, 1,5 equivalente) gota a gota a 35 ° C y mezclar a la misma temperatura durante 1 semana.
4. Enfriar la reacción a la temperatura y apagar agregando ~ 5 mL de cloruro de amonio acuoso saturado.
5. Extraer la capa acuosa con éter dietílico.
6. Las capas orgánicas combinadas con salmuera de lavar y secar con sulfato de magnesio anhidro.
7. Filtrar el sulfato de magnesio y concentrarse por evaporación rotativa.
8. Purificar el residuo crudo mediante cromatografía en columna.

El producto purificado debe tener el siguiente ¹H NMR espectro: ¹H NMR δ 5.88 (1 H, s), (2 H, m) de 2.6-2.7, 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).

Este experimento ha demostrado cómo configurar una reacción catalizada enamine. En comparación con otras formas de la catálisis, la organocatálisis es un campo relativamente joven de la investigación, pero en los últimos años el campo de la organocatálisis ha experimentado un crecimiento espectacular. El creciente interés en organocatálisis también ha dado lugar a la investigación que hace uso de más de un tipo de catálisis para conseguir nuevos tipos de reactividad. Por ejemplo, ha habido mayor informes del uso organocatálisis junto con catálisis de metales de transición.

Organocatálisis asimétrica se ha utilizado para mejorar la síntesis de la warfarina, un anticoagulante común. La ruta sintética anterior invoque la resolución química (un proceso inherentemente despilfarrador) de la mezcla racémica a permitirse el enantiómero más activo (S)-warfarina en 19% de rendimiento. Ahora con la ayuda de organocatálisis asimétrica, (S)-warfarina ahora se puede acceder sin resolución química 99% rendimiento vía catálisis iminio.

Figura 2: (S)-warfarina.

El medicamento antiviral, el Tamiflu, que se utiliza para tratar la gripe ha sido sintetizado mediante organocatálisis. Esta síntesis hace uso de un tipo común de organocatalyst, un catalizador prolinol derivados. La adición de Michael de organocatalyzed establece dos de los tres estereocentros necesarios encontradas Tamiflu.

Figura 3: La medicación antiviral, Tamiflu.