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]
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 y 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.
Los organocatalizadores para síntesis asimétrica se pueden agrupar en varias clases:
Ejemplos de reacciones asimétricas que involucran organocatalizadores son:
Se ha revisado la catálisis de prolina. [22] [23]
Las imidazolidinonas son catalizadores de muchas transformaciones, como las reacciones asimétricas de Diels-Alder y las adiciones de Michael . Los catalizadores quirales inducen reacciones asimétricas , a menudo con altas enantioselectividades. Este catalizador funciona formando un ion iminio con grupos carbonilo de aldehídos α,β-insaturados ( enales ) y enonas en un rápido equilibrio químico . Esta activación de iminio es similar a la activación de grupos carbonilo por un ácido de Lewis y ambos catalizadores reducen el LUMO del sustrato : [24] [25]
El intermedio transitorio de iminio es quiral y se transfiere al producto de reacción mediante inducción quiral . Los catalizadores se han utilizado en reacciones de Diels-Alder , adiciones de Michael , alquilaciones de Friedel-Crafts , hidrogenaciones de transferencia y epoxidaciones .
Un ejemplo es la síntesis asimétrica del fármaco warfarina (en equilibrio con el hemicetal ) en una adición de Michael de 4-hidroxicumarina y bencilidenacetona : [26]
Una hazaña reciente es la alquilación vinílica de crotonaldehído con una sal organotrifluoroborato : [27]
Para otros ejemplos de su uso: véase hidrogenación por transferencia organocatalítica y reacciones asimétricas de Diels-Alder .
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]
Medios relacionados con la organocatálisis en Wikimedia Commons
La definición del diccionario de organocatálisis en Wikcionario.
Citas relacionadas con la organocatálisis en Wikiquote