В в органической химии термин органокатализ (портманто терминов «органический» и «катализатор») относится к форме катализа, в соответствии с которым скорость химической реакции увеличивается с помощью органического катализатора, называемого «органокатализатор», состоящего из углерода, водорода, сера и другие неметаллические элементы, содержащиеся в органических соединениях. Из-за их сходства по составу и описанию их часто ошибочно принимают за неправильное название для ферментов из-за их сопоставимого воздействия на скорость реакции и формы вовлеченного катализа.
Органокатализаторы, которые проявляют функциональность вторичного амина, могут быть описаны как осуществляющие либо енамин катализ (путем образования каталитических количеств активного енаминного нуклеофила ), либо иминий 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. Когда органокатализатор хиральный, открывается путь для асимметричного катализа, например, использование пролина в альдольных реакциях является примером хиральность и зеленая химия.
Обычные ахиральные органокатализаторы основаны на азоте, таком как пиперидин, используемый в конденсации Кневенагеля. DMAP, используемый в эстерификации и DABCO, используемый в реакции Бейлиса-Хиллмана. 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.
В этой реакции встречающийся в природе хиральный пролин является хиральным катализатором в альдольной реакции. Исходным материалом является ахиральный трикетон, и для получения продукта реакции, кетола, в 93% энантиомерном избытке требуется всего 3% пролина. Это первый пример асимметричной альдольной реакции, катализируемой аминокислотами.
Асимметричный синтез кетона Виланда-Мишера (1985) также основан на пролине, и еще одно раннее применение было одним преобразований в общем синтезе эритромицина, разработанном Робертом Б. Вудвордом (1981). Краткий обзор статьи посвящен избранным недавним примерам полного синтеза природных и фармацевтических продуктов с использованием органокаталитических реакций.
Многие хиральные органокатализаторы представляют собой адаптацию хиральных лигандов (которые вместе с металлическими center также катализируют асимметричные реакции), и обе концепции в некоторой степени перекрываются.
Органокатализаторы для асимметричного синтеза можно сгруппировать в несколько классов:
Примеры асимметричных реакций с участием органокатализаторов:
Катализ пролином был рассмотрен.
Имидазолидиноны являются катализаторами многих превращений, таких как асимметричные реакции Дильса-Альдера и добавления Майкла. 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 химическое равновесие. Эта активация иминия аналогична активации карбонильных групп с помощью кислоты Льюиса, и оба катализатора снижают НСМО :
субстрата. Переходный иминиевый промежуточный продукт является хиральным, который переносится на продукт реакции посредством хиральной индукции. Катализаторы использовались в реакциях Дильса-Альдера, добавлениях Майкла, алкилировании Фриделя-Крафтса, гидрогенизации с переносом и эпоксидировании..
Одним из примеров является асимметричный синтез лекарственного средства варфарин (в равновесии с гемикеталом ) в добавлении Майкла 4-гидроксикумарина и бензилиденацетон :
Недавний успех - винил алкилирование кротонового альдегида с помощью трифторбораторганической соли :
. Другие примеры его использования: см. гидрирование органокаталитического переноса и асимметричные реакции Дильса-Альдера.
Большая группа органокатализаторов включает мочевину или тиомочевину группировка. Эти каталитически эффективные производные (тио) мочевины, называемые органокатализаторами (тио) мочевины, обеспечивают явные двойные водородные связи взаимодействия для координации и активации акцептирующих водородных связей субстратов.