En química orgánica , la organocatálisis es una forma de catálisis en la que un catalizador orgánico aumenta la velocidad de una reacción química . Este "organocatalizador" está formado por carbono , hidrógeno , azufre y otros elementos no metálicos que se encuentran en los compuestos orgánicos. [3] [4] [5] [6] [7] [8] Debido a su similitud en composición y descripción, a menudo se confunden con un nombre inapropiado para enzimas debido a sus efectos comparables sobre las velocidades de reacción y las formas de catálisis involucradas.
Se puede describir que los organocatalizadores que muestran funcionalidad de amina secundaria realizan catálisis de enamina (formando cantidades catalíticas de un nucleófilo de enamina activo ) o catálisis de iminio (formando cantidades catalíticas de un electrófilo de iminio activado). Este mecanismo es típico de la organocatálisis covalente. La unión covalente del sustrato normalmente requiere una alta carga de catalizador (para la catálisis de prolina, normalmente entre 20 y 30 % en moles). Las interacciones no covalentes, como los enlaces de hidrógeno, facilitan cargas bajas de catalizador (hasta 0,001 mol%).
La organocatálisis ofrece varias ventajas. No hay necesidad de catálisis basada en metales, lo que contribuye a la química verde . En este contexto, se han utilizado ácidos orgánicos simples como catalizadores para la modificación de celulosa en agua a escala de varias toneladas. [9] Cuando el organocatalizador es quiral se abre una vía a la catálisis asimétrica ; por ejemplo, el uso de prolina en reacciones aldólicas es un ejemplo de quiralidad y química verde. [10] Los químicos orgánicos David MacMillan y Benjamin List recibieron el Premio Nobel de Química 2021 por su trabajo sobre organocatálisis asimétrica. [11]
Introducción
Los organocatalizadores aquirales habituales se basan en nitrógeno, como la piperidina utilizada en la condensación de Knoevenagel . [12] DMAP utilizado en esterificaciones [13] y DABCO utilizado en la reacción de Baylis-Hillman . [14] En la reacción de Stetter se emplean sales de tiazolio . Estos catalizadores y reacciones tienen una larga historia pero el interés actual en la organocatálisis se centra en la catálisis asimétrica con catalizadores quirales, denominada organocatálisis asimétrica u organocatálisis enantioselectiva . Una reacción pionera desarrollada en la década de 1970 se llama reacción de Hajos-Parrish-Eder-Sauer-Wiechert . Entre 1968 y 1997, hubo sólo unos pocos informes sobre el uso de pequeñas moléculas orgánicas como catalizadores de reacciones asimétricas (la reacción de Hajos-Parrish probablemente sea la más famosa), pero estos estudios químicos fueron vistos más como reacciones químicas únicas que como reacciones integrales. partes de un campo más grande e interconectado. [15]
En esta reacción, la prolina quiral natural es el catalizador quiral en una reacción de Aldol . El material de partida es una tricetona aquiral y requiere sólo un 3% de prolina para obtener el producto de la reacción, un cetol en un exceso enantiomérico del 93% . Este es el primer ejemplo de una reacción aldólica asimétrica catalizada por aminoácidos. [16] [17]
La síntesis asimétrica de la cetona de Wieland-Miescher (1985) también se basa en la prolina y otra aplicación temprana fue una de las transformaciones en la síntesis total de eritromicina realizada por Robert B. Woodward (1981). [18] Un artículo de resumen de minirevisión se centra en ejemplos recientes seleccionados de síntesis total de productos naturales y farmacéuticos mediante reacciones organocatalíticas. [19]
Muchos organocatalizadores quirales son una adaptación de ligandos quirales (que junto con un centro metálico también catalizan reacciones asimétricas) y ambos conceptos se superponen hasta cierto punto.
Un gran avance en el campo de la organocatálisis se produjo en 1997 cuando Yian Shi informó de la primera reacción organocatalítica general altamente enantioselectiva con la epoxidación catalítica asimétrica de olefinas trans y trisustituidas con dioxiranos quirales. [20] Desde entonces, se han desarrollado varios tipos diferentes de reacciones.
Clases de organocatalizadores
Los organocatalizadores para síntesis asimétrica se pueden agrupar en varias clases:
Un gran grupo de organocatalizadores incorporan la fracción urea o tiourea . Estos derivados de (tio)urea catalíticamente eficaces denominados organocatalizadores de (tio)urea proporcionan interacciones explícitas de doble enlace de hidrógeno para coordinar y activar sustratos que aceptan enlaces de H. [28]
Sus usos actuales están restringidos a reacciones asimétricas de múltiples componentes, incluidas aquellas que involucran la adición de Michael, reacciones asimétricas de múltiples componentes para la síntesis de espirociclos, reacciones asimétricas de múltiples componentes que involucran reacciones de acilo Strecker, reacciones asimétricas de Petasis, reacciones asimétricas de Biginelli, reacciones asimétricas de Mannich, reacciones asimétricas de aza-Henry. y reacciones de acoplamiento reductivo asimétrico. [29]
Referencias
^ Justus von Liebig, Justus (1860). "Ueber die Bildung des Oxamids aus Cyan". Annalen der Chemie und Pharmacie . 113 (2): 246–247. doi :10.1002/jlac.18601130213.
^ W. Langenbeck (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.
^ Número especial: Lista, Benjamin (2007). "Organocatálisis". Química. Rdo . 107 (12): 5413–5883. doi : 10.1021/cr078412e .
^ Pedro I. Dalko; Lionel Moisán (2004). "En la edad de oro de la organocatálisis". Angélica. Química. En t. Ed . 43 (39): 5138–5175. doi :10.1002/anie.200400650. PMID 15455437.
^ Matthew J. Gaunt; Carin CC Johansson; Andy McNally; Ngoc T. Vo (2007). "Organocatálisis enantioselectiva". Descubrimiento de fármacos hoy . 12 (1/2): 8–27. doi :10.1016/j.drudis.2006.11.004. PMID 17198969.
^ Dieter Enders; Christoph Gröndal; Matías RM Hüttl (2007). "Reacciones dominó organocatalíticas asimétricas". Angélica. Química. En t. Ed . 46 (10): 1570-1581. doi :10.1002/anie.200603129. PMID 17225236.
^ Pedro I. Dalko; Lionel Moisán (2001). "Organocatálisis enantioselectiva". Angélica. Química. En t. Ed . 40 (20): 3726–3748. doi :10.1002/1521-3773(20011015)40:20<3726::AID-ANIE3726>3.0.CO;2-D. PMID 11668532.
^ Patente internacional WO 2006068611 A1 20060629 "Modificación directa de aminas y alcoholes catalizada por ácidos orgánicos homogéneos y heterogéneos y aminoácidos" Inventores: Armando Córdova, Estocolmo, Suecia; Jonas Hafrén, Estocolmo, Suecia.
^ Ejemplo 4 en la patente estadounidense 3.975.440 del 17 de agosto de 1976, presentada el 9 de diciembre de 1970 Zoltan G. Hajos y David R. Parrish.
^ "Premio Nobel de Química 2021". Premio Nobel . Premio Nobel . Consultado el 6 de octubre de 2021 .
^ Lista, B. (2010). "Emil Knoevenagel y las raíces de la aminocatálisis". Angewandte Chemie Edición Internacional en Inglés . 49 (10): 1730-1734. doi :10.1002/anie.200906900. PMID 20175175.
^ Neises, Bernhard; Steglich, Wolfgang (julio de 1978). "Método sencillo para la esterificación de ácidos carboxílicos". Angewandte Chemie Edición Internacional en Inglés . 17 (7): 522–524. doi :10.1002/anie.197805221.
^ Basavaiah, Deevi; Rao, Anumolu Jaganmohan; Satyanarayana, Tummanapalli (marzo de 2003). "Avances recientes en la reacción y aplicaciones de Baylis-Hillman". Reseñas químicas . 103 (3): 811–892. doi :10.1021/cr010043d. PMID 12630854.
^ MacMillan, David WC (2008). "El advenimiento y desarrollo de la organocatálisis". Naturaleza . 455 (7211). Springer Science y Business Media LLC: 304–308. Código Bib :2008Natur.455..304M. doi : 10.1038/naturaleza07367. ISSN 0028-0836. PMID 18800128. S2CID 205215034.
^ ZG Hajos, DR Parrish, patente alemana DE 2102623 1971
^ Zoltan G. Hajos; David R. Parrish (1974). "Síntesis asimétrica de intermedios bicíclicos de la química de productos naturales". J. Org. química . 39 (12): 1615-1621. doi :10.1021/jo00925a003.
^ RB Woodward; E. Logusch; KP Nambiar; K. Sakan; Distrito DE; BW Au-Yeung; P. Balaram; LJ Browne; et al. (1981). "Síntesis total asimétrica de eritromcina. 1. Síntesis de un derivado secoácido de eritronolida A mediante inducción asimétrica". Mermelada. Química. Soc . 103 (11): 3210–3213. doi :10.1021/ja00401a049.
^ B.-F. Sol (2015). "Síntesis total de productos naturales y farmacéuticos potenciada por reacciones organocatalíticas". Tetraedro Lett . 56 (17): 2133–2140. doi : 10.1016/j.tetlet.2015.03.046 .
^ Wang, Zhi-Xian; Tu, Yong; Frohn, Michael; Zhang, Jian-Rong; Shi, Yian (1 de noviembre de 1997). "Un método eficiente de epoxidación asimétrica catalítica". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 119 (46): 11224–11235. doi :10.1021/ja972272g. ISSN 0002-7863.
^ Bertelsen, Søren (2009). "Organocatálisis: después de la fiebre del oro". Reseñas de la sociedad química . 38 (8): 2178–89. doi :10.1039/b903816g. PMID 19623342.
^ Demacrado, MJ; Johansson, CCC; McNally, A.; Vo, Nuevo Testamento (2007). "Organocatálisis enantioselectiva". Descubrimiento de fármacos hoy . 12 (1–2): 8–27. doi :10.1016/j.drudis.2006.11.004. PMID 17198969.
^ Kucherenko, AS; Siyutkin, DE; Maltsev, OV; Kochetkov, SV; Zlotin, SG (2013). "Organocatálisis asimétrica: de prolina a organocatalizadores inmovilizados de alta eficiencia". Boletín químico ruso . 61 (7): 1313. doi :10.1007/s11172-012-0177-4. S2CID 93168492.
^ Gerald Lelais; David WC MacMillan (2006). "Estrategias modernas en catálisis orgánica: la llegada y desarrollo de la activación del iminio" (PDF) . Aldrichimica Acta . 39 (3): 79.
^ Erkkilä, Anniinä; Majander, Inkeri; Pihko, Petri M. (2007). "Catálisis de iminio". Química. Rdo . 107 (12): 5416–5470. doi :10.1021/cr068388p. PMID 18072802.
^ Niš Halland; Tore Hansen; Karl Anker Jørgensen (2003). "Reacción organocatalítica asimétrica de Michael de compuestos cíclicos de 1,3-dicarbonilo y cetonas α, β-insaturadas: una formación catalítica en un solo paso altamente económica en átomos de anticoagulante de warfarina ópticamente activo". Angélica. Química. En t. Ed . 42 (40): 4955–4957. doi :10.1002/anie.200352136. PMID 14579449.
^ Sandra Lee; David WC MacMillan (2007). "Alquilaciones de vinilo organocatalítico y Friedel-Crafts con sales de trifluoroborato" (PDF) . Mermelada. Química. Soc . 129 (50): 15438–15439. doi :10.1021/ja0767480. PMID 18031044. S2CID 34848947.
^ Madarász, Ádám; Dósa, Zsolt; Varga, Szilárd; Soós, Tibor; Csámpai, Antal; Pápai, Imre (julio de 2016). "Derivados de tiourea como organocatalizadores del ácido de Brønsted" (PDF) . Catálisis ACS . 6 (7): 4379–4387. doi :10.1021/acscatal.6b00618.
^ Parvin, Tasneem; Yadava, Rahul; Choudhury, Lokman (2020). "Aplicaciones recientes de organocatalizadores a base de tiourea en reacciones multicomponente asimétricas (AMCR)". Org. Biomol. química . 18 : 5513–5532. doi :10.1039/D0OB00595A.
enlaces externos
Scholia tiene un perfil para organocatálisis (Q898995).
Medios relacionados con la organocatálisis en Wikimedia Commons
La definición del diccionario de organocatálisis en Wikcionario.
Citas relacionadas con la organocatálisis en Wikiquote