Organokatalizatory tiomocznikowe

Organokatalizatory tiomocznikowe – rodzaj katalizatorów zawierających w swojej budowie ugrupowanie tiomocznikowe, które pełni rolę donora wiązań wodorowych[1]. Stosowane są zarówno w reakcjach stereoselektywych, jak i niestereoselektywnych[2].

Budowa

Wzór ogólny katalizatora tiomocznikowego

Przy jednym z atomów azotu ugrupowania tiomocznikowego najczęściej znajduje się grupa arylowa z podstawnikami elektronoakceptorowymi, np. CF3, która zwiększając kwasowość wiązania N−H, ułatwia późniejsze tworzenie wiązania wodorowego z substratem. Drugi atom azotu zawiera podstawnik R, który posiada centrum chiralności w przypadku prowadzenia reakcji enancjoselektywnych[1].

Oddziaływanie katalizator-substrat

Organokatalizatory tiomocznikowe mogą być monofunkcyjne, np. katalizator Schreinera, lub dwufunkcyjne. W przypadku dwufunkcyjnych podstawnik R zawiera dodatkową grupę funkcyjną, np. w reakcjach addycji typu Michaela często jest to amina trzeciorzędowa. Wówczas akceptor Michaela jest aktywowany poprzez wiązania wodorowe utworzone z ugrupowaniem tiomocznikowym, natomiast fragment o charakterze zasadowym aktywuje donor Michaela[1].

  • Oddziaływanie katalizator-substrat
  • Aktywacja ketonu za pomocą monofunkcyjnego katalizatora Schreinera poprzez utworzenie dwóch wiązań wodorowych
    Aktywacja ketonu za pomocą monofunkcyjnego katalizatora Schreinera poprzez utworzenie dwóch wiązań wodorowych
  • Schemat aktywacji akceptora i donora Michaela przy użyciu bifunkcyjnego katalizatora tiomocznikowego
    Schemat aktywacji akceptora i donora Michaela przy użyciu bifunkcyjnego katalizatora tiomocznikowego

Zalety organokatalizatorów tiomocznikowych

  • małe ilości katalizatora potrzebne do skutecznej aktywacji reakcji (do 0,001% mol)[3]
  • nietoksyczne dla środowiska, w przeciwieństwie do katalizatorów będących kwasami Lewisa i zawierających atom metalu
  • są niewrażliwe na obecność wody i powietrza[4]
  • pKa tiomocznika to 21,0, więc reakcja przebiega w praktycznie obojętnych i łagodnych warunkach, co pozwala na zastosowanie substratów wrażliwych na kwaśne środowisko
  • prosta i niedroga synteza z odpowiednich amin i izotiocyjanianów.
  • Przykłady organokatalizatorów tiomocznikowych
  • 1998: Katalizator Jacobsena wykorzystany w asymetrycznej reakcji Streckera[5][6]
    1998: Katalizator Jacobsena wykorzystany w asymetrycznej reakcji Streckera[5][6]
  • 2003: Bifunkcyjny katalizator Takemoto, wykorzystywany w asymetrycznych reakcjach Michaela i aza-Henry’ego[7]
    2003: Bifunkcyjny katalizator Takemoto, wykorzystywany w asymetrycznych reakcjach Michaela i aza-Henry’ego[7]

Przypisy

  1. ↑ a b c ŁukaszŁ. Albrecht ŁukaszŁ., HenrykH. Krawczyk HenrykH., Chiralne katalizatory organiczne w asymetrycznej reakcji Michaela, „Wiadomości Chemiczne”, 63 (5–6), 2009, s. 391–436 [dostęp 2020-12-29] .
  2. ↑ MikeM. Kotke MikeM., Peter R.P.R. Schreiner Peter R.P.R., (Thio)urea Organocatalysts, [w:] Petri M.P.M. Pihko (red.), Hydrogen Bonding in Organic Synthesis, wyd. 1, Wiley, 2009, s. 141-351, DOI: 10.1002/9783527627844, ISBN 978-3-527-31895-7  (ang.).
  3. ↑ MikeM. Kotke MikeM., PeterP. Schreiner PeterP., Generally Applicable Organocatalytic Tetrahydropyranylation of Hydroxy Functionalities with Very Low Catalyst Loading, „Synthesis”, 2007 (5), 2007, s. 779–790, DOI: 10.1055/s-2007-965917, ISSN 0039-7881 [dostęp 2020-12-29]  (ang.).
  4. ↑ AlexanderA. Wittkopp AlexanderA., Peter R.P.R. Schreiner Peter R.P.R., Metal-Free, Noncovalent Catalysis of Diels–Alder Reactions by Neutral Hydrogen Bond Donors in Organic Solvents and in Water, „Chemistry - A European Journal”, 9 (2), 2003, s. 407–414, DOI: 10.1002/chem.200390042 [dostęp 2020-12-29]  (ang.).
  5. ↑ Matthew S.M.S. Sigman Matthew S.M.S., Eric N.E.N. Jacobsen Eric N.E.N., Schiff Base Catalysts for the Asymmetric Strecker Reaction Identified and Optimized from Parallel Synthetic Libraries, „Journal of the American Chemical Society”, 120 (19), 1998, s. 4901–4902, DOI: 10.1021/ja980139y, ISSN 0002-7863 [dostęp 2020-12-29]  (ang.).
  6. ↑ Matthew S.M.S. Sigman Matthew S.M.S., PetrP. Vachal PetrP., Eric N.E.N. Jacobsen Eric N.E.N., A General Catalyst for the Asymmetric Strecker Reaction, „Angewandte Chemie International Edition”, 39 (7), 2000, s. 1279–1281, DOI: 10.1002/(SICI)1521-3773(20000403)39:73.0.CO;2-U, ISSN 1521-3773 [dostęp 2020-12-29]  (ang.).
  7. ↑ TomotakaT. Okino TomotakaT., YasutakaY. Hoashi YasutakaY., YoshijiY. Takemoto YoshijiY., Enantioselective Michael Reaction of Malonates to Nitroolefins Catalyzed by Bifunctional Organocatalysts, „Journal of the American Chemical Society”, 125 (42), 2003, s. 12672–12673, DOI: 10.1021/ja036972z, ISSN 0002-7863 [dostęp 2020-12-29]  (ang.).