En química orgánica , el término organocatálisis (un acrónimo de los términos "orgánico" y "catalizador") se refiere a una forma de catálisis , mediante la cual la velocidad de una reacción química aumenta mediante un catalizador orgánico denominado "organocatalizador" que consiste en carbono , hidrógeno , azufre y otros elementos no metálicos que se encuentran en compuestos orgánicos. [3] [4] [5] [6] [7] [8] Debido a su similitud en composición y descripción, a menudo se confunden con un nombre inapropiado de enzimas debido a sus efectos comparables sobre las velocidades de reacción y las formas de catálisis implicadas.
Los organocatalizadores que muestran una funcionalidad de amina secundaria pueden describirse como que 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 con prolina típicamente 20-30% en moles). Las interacciones no covalentes, como los enlaces de hidrógeno, facilitan cargas de catalizador bajas (hasta 0,001% en moles).
La organocatálisis ofrece varias ventajas. No hay necesidad de catálisis a base de 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]
Introducción
Los organocatalizadores aquirales regulares se basan en nitrógeno, como la piperidina, que se utiliza en la condensación de Knoevenagel . [11] DMAP utilizado en esterificaciones [12] y DABCO utilizado en la reacción de Baylis-Hillman . [13] Las sales de tiazolio se emplean en la reacción de Stetter . 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 Hajos-Parrish-Eder-Sauer-Wiechert . Entre 1968 y 1997, hubo solo 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 se vieron más como reacciones químicas únicas que como integrales. partes de un campo interconectado más grande. [14]
En esta reacción, la prolina quiral de origen natural es el catalizador quiral en una reacción de Aldol . El material de partida es una tricetona aquiral y solo requiere un 3% de prolina para obtener el producto de reacción, un cetol en un exceso enantiomérico del 93% . Este es el primer ejemplo de una reacción aldólica asimétrica catalizada por aminoácidos. [15] [16]
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 por Robert B. Woodward (1981). [17] Un artículo de resumen de mini-revisión se centra en ejemplos recientes seleccionados de síntesis total de productos naturales y farmacéuticos mediante reacciones organocatalíticas. [18]
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.
Clases de organocatalizadores
Los organocatalizadores para síntesis asimétrica se pueden agrupar en varias clases:
- Biomoléculas : prolina , fenilalanina . Aminas secundarias en general. [19] Los alcaloides de la cinchona , ciertos oligopéptidos .
- Catalizadores sintéticos derivados de biomoléculas.
- Catalizadores de enlace de hidrógeno , incluidos TADDOLS , derivados de BINOL como NOBIN y organocatalizadores basados en tioureas
- Sales de triazolio como catalizadores de reacción Stetter de próxima generación
Ejemplos de reacciones asimétricas que involucran organocatalizadores son:
- Reacciones asimétricas de Diels-Alder
- Reacciones asimétricas de Michael
- Reacciones asimétricas de Mannich
- Epoxidación de Shi
- Hidrogenación por transferencia organocatalítica
Prolina
Se ha revisado la catálisis de prolina. [20] [21]
Organocatálisis de imidazolidinona
Las imidazolidinonas son catalizadores de muchas transformaciones, como reacciones asimétricas de Diels-Alder y adiciones de Michael . Los catalizadores quirales inducen reacciones asimétricas , a menudo con altas enantioselectividades. Este catalizador funciona formando un ión 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 : [22] [23]
El intermedio de iminio transitorio es quiral que 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 bencilidenoacetona : [24]
Una hazaña reciente es la alquilación en vinilo de crotonaldehído con una sal de organotrifluoroborato : [25]
Para otros ejemplos de su uso: ver hidrogenación de transferencia organocatalítica y reacciones asimétricas de Diels-Alder .
Organocatálisis de tiourea
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 de enlace de hidrógeno dobles explícitas para coordinar y activar sustratos que aceptan enlaces de H. [26]
Referencias
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