Organokataliza  mechanizmy,
Organokataliza  mechanizmy,
Organokataliza  mechanizmy,
Organokataliza  mechanizmy,
katalizatory, reakcje
katalizatory, reakcje
katalizatory, reakcje
katalizatory, reakcje
Maria Rogozińska
Zespół VI
Organokataliza
Organokataliza
Organokataliza
Organokataliza
Katalizowanie reakcji chemicznych
małymi cząsteczkami organicznymi,
zbudowanymi z węgla, wodoru,
fosforu, azotu, siarki i innych
niemetalicznych pierwiastków,
typowych dla cząsteczek
organicznych.
Organokataliza  zielona chemia
Organokataliza  zielona chemia
Organokataliza  zielona chemia
Organokataliza  zielona chemia
Zielona chemia (ang. green chemistry) to dział chemii środowiska
zajmujący się optymalizacją procesów technologii chemicznej w
celu zmniejszenia ryzyka związanego z zanieczyszczeniem
środowiska
Zasady  zielonej chemii dla laboratoriów chemicznych:
Eliminacja (lub ograniczenie zużycia) odczynników chemicznych,
a w szczególności rozpuszczalników organicznych .
Zmniejszenie emisji par i gazów oraz ilości ścieków i odpadów
stałych.
Eliminacja odczynników o dużej toksyczności.
Wprowadzanie instrumentalnych metod analizy (metody
spektrofotochemiczne, elektrochemiczne, itp.).
Zmniejszenie pracochłonności i energochłonności danego
procesu.
Organokataliza - początki
Organokataliza - początki
Organokataliza - początki
Organokataliza - początki
Justus von Liebieg  pierwszy przykład reakcji organokatalitycznej
O NH2
CN CH3CHO
H2O, rt
CN
H2N O
Justus von Liebig. Annalen der Chemie und Pharmacie 1860, 113 (2): 246
Bredig i Fiske - pierwszy przykład asymetrycznej reakcji organokatalitycznej
G. Bredig, W.S. Fiske, Biochem., Z. 1912, 7.
Reakcja Hajosa Parrisha Edera Sauera Wiecherta.
U. Eder, G. Sauer, R. Wiechert, Angew. Chem. Int. Ed., 1971, 10, 496
Z.G. Hajos, D.R. Parrish, J. Org. Chem., 1974, 39, 1615
Organokataliza  początek nowej dekady
Organokataliza  początek nowej dekady
Organokataliza  początek nowej dekady
Organokataliza  początek nowej dekady
Asymetryczna bezpośrednia reakcja aldolowa
CO2H
N
H
O O O OH
30 mol%
+
DMSO/aceton
97%, 96% ee
B. List, R. A. Lerner, C. F. Barbas III, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2395
Asymetryczna reakcja Dielsa-Aldera
O
NMe
Bn
N
H
.
HCl
kat. 10mol%
+ +
CHO Ph
Ph
O
MeOH/H2O
99% Ph CHO
exo-
endo-
93% ee
93%ee
K. A. Ahrendt, C. J. Borths, D. W. C. MacMillan, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4243
2000 r. - David Macmillan wprowadził termin organokataliza
Organokataliza  mo\
liwe mechanizmy
Organokataliza  mo\
liwe mechanizmy
Organokataliza  mo\
liwe mechanizmy
Organokataliza  mo\
liwe mechanizmy
Aktywacja
wiązaniami wodorowymi
Kataliza Kataliza przez
zasadami Bronsteda enaminy
ORGANOKATALIZA
Kataliza Kataliza przez
przeniesienia fazowego jony iminiowe
Drug Discovery Today Volume 12, Numbers 1/2 January 2007
Drugorzędowe aminy i kataliza poprzez
Drugorzędowe aminy i kataliza poprzez
Drugorzędowe aminy i kataliza poprzez
Drugorzędowe aminy i kataliza poprzez
tworzenie enaminy
tworzenie enaminy
tworzenie enaminy
tworzenie enaminy
Houk, K. JACS 2001, 123, 12911.
Houk, K., List, B. JACS 2003, 125, 16.
Drugorzędowe aminy i kataliza poprzez tworzenie enaminy 
Drugorzędowe aminy i kataliza poprzez tworzenie enaminy 
Drugorzędowe aminy i kataliza poprzez tworzenie enaminy 
Drugorzędowe aminy i kataliza poprzez tworzenie enaminy 
mechanizm reakcji
mechanizm reakcji
mechanizm reakcji
mechanizm reakcji
R
2
R
2
R R
3 1
O
R1 O
OH O
OH
N
H
H
O O
OH OH
OH N N
H H
HO
R
1
R R
3 1
OH
R R
2 2
VI I
H2O
H2O
O O
O O
+ +
OH N N
H H
V II
R R R
3 1 1
R R
2 2
O
H
H
O
N
2 OH
N
H
N
R O
O H H
R
O
O
R
1
RH O R
1 1
H
R H
R R
2 2
VII III
IV
O
R H
3
List, B.; Lerner, R. A.; Barbas, C. F., III. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2395.
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
międzycząsteczkowa reakcja aldolowa
List, B. et al., J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2395
krzyżowa reakcja aldolowa aldehydów
Northrup, A.B. et al. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6798
synteza 1,2 - dioli
Notz, W. and List, B. J. Am. Chem. Soc. 2000 122, 7386
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
acykliczne ą-aminokwasy
N
H2N CO2H
N
H2N CO2H
H
15
8 9
O 15/TFA O OH
8 lub 9 (30 mol %)
O O OH O
(10-30 mol %)
O
H2O (10 mol %)
+
R R R'
+
R H R' H2O, 25 oC, 24-72 h
3
DMSO, rt
H R
R R
3
R R R R
1 2 3-4 d 1 2
40 - 99%
R = -(CH2)4-, -(CH2)5-, H, C6H13, Me
41 - 95 %
54:46 - 86:14 dr
R1, R2 = -(CH2)3-, -OC(CH3)2O-, H, Me
R' = p-NO2C6H4, p-MeOC6H4, p-CNC6H4
3:1 - 19:1 dr
22 - 99% ee
R3 = p-NO2C6H4, p-BrC6H4, CH2OBn
75 - 99 % ee
Cordova, A. et al. Chem. Commun. 2005, 3586 Barbas, C. F., III. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 734
trans-4-siloksyprolina
TBDPSO O
O
CO2H
N CO2H
H
N
17
H
O 16 OH O
O O OH OH
(10 mol %)
O
(10-20 mol %) NaBH4
+
R R'
+
H2O, rt, 2.5 - 72 h
R H H R
1
H2O, 0 oC
R' R' R' R H MeOH
1
R2 R
2
62 -118 h
21 - 86 %
R = p-NO2C6H4, p-MeOC6H4,
5:1 - 25:1 dr R1 = p-Cl-C6H4, p-Me-C6H4, o-Cl-C6H4,
35 - 90 %
2-furyl, Ph, H, Cy
95 - 99 % ee
(CH3O)2CH-, Et
4:1 - 20:1 dr
R' = -(CH2)3-, -OC(CH3)2O-
73 - 99 % ee
R2 = Me, Bn, i-Pr
Hayashi, Y et al. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 958 Hayashi, Y.; Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 5527
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
Kataliza enaminowa  reakcja aldolowa
NH
O O H
N O
N N
N O
H H
H
NH
12 NH
O OH O
(20 mol %)
14
O
O
20 mol % AcOH
O
+ R
R
2
R H
CHCl3, -25 oC, 24 - 72 h OH O
OH O
O
14 (10 mol %) 14 (10 mol %)
R
1
R
2
R
DMF/H2O, 0 oC DMF/H2O, 0 oC 1
R1 H
41 - 81 %
R = p-NO2C6H4, C6H5,
98 -99 %
80:20 - 98:2 dr 52 - 99 %
4.3:1 - 10:1 dr
p-BrC6H4, C10H7
79 - 96 % ee
77 - 97 % ee
90 - 93 % ee
R2 = H, Me
R1 = Ph, p-NO2C6H4, o-NO2C6H4,
o-ClC6H4, i-Pr, Cy
Xiao, W.-J. J. Org. Chem. 2006,71, 8198 Najera, C. Tetrahedron: Asymmetry 2006, 17, 729
O O
N N
H H
NH HN
13
O OH O
O (10 mol %)
+
R H R
-35 oC, 12-24 h
R = p-NO2C6H4, p-CNC6H4, C6H5,
52 - 88 %
p-MeOC6H4, t-Bu, Cy 82 - 98 % ee
Zhao, C.-G. Org. Lett. 2005, 7, 5321
Synteza węglowodanów
Synteza węglowodanów
Synteza węglowodanów
Synteza węglowodanów
MacMiillan, D. Science, 2004, 305, 1752.
Kataliza enaminowa  reakcja Mannicha
Kataliza enaminowa  reakcja Mannicha
Kataliza enaminowa  reakcja Mannicha
Kataliza enaminowa  reakcja Mannicha
NH2
NH2
(S)-prolina
PMP
PMP
O
O
O
O HN
(35 mol %)
O HN
(S)-prolina
O
+ +
(20 mol %)
H R DMSO, rt
R
+ +
DMSO, rt, 3-24 h
R
H R
OMe
OH
OH
OMe
50 - 90 %
R = p-(NO2)C6H4, i-Pr, Bu
57 - 92 %
73 - 99 % ee
R = p-(NO2)C6H4, p-(MeO)C6H4, Ph, i-Pr
3:1 - 20:1 dr
61 - 99 % ee
List, B. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 9336 Bergmeier, S. C. Tetrahedron 2000, 56, 2561
Kataliza enaminowa  reakcja Mannicha
Kataliza enaminowa  reakcja Mannicha
Kataliza enaminowa  reakcja Mannicha
Kataliza enaminowa  reakcja Mannicha
TBSO R
H2N CO2H
CO2H
NH2
PMP
N
O
O
20 (30 mol %) O HN
NH2 H
H2O (2 eq)
18
PMP
H
O + +
O
O HN
(5 mol %)
DMSO, rt
+ +
NO2
H R DMSO, -20 0C NO2
R
OMe
OMe
18 - 74 %
48 - 98%
R = p-(MeO)C6H4, 3,4-di(MeO)C6H4, C10H7
R = CH2OH, CH3, i-Pr, sec-Bu, i-Bu
2:1 - 6:1 dr
90 - 98 % ee
91 - 99 % ee
Hayashi, Y.; Adv. Synth. Catal. 2004, 346, 1435 Cordova, A. Chem.. Eur. J. 2005, 11, 7024
NTf
NH
22 PMP
O
PMP
O N
N
(0.2-5 mol %)
+
H
dioksan, rt H CO2Et
H CO2Et
R
R
64
42 -99 %
R = Me, n-Bu, i-Pr, t-Bu 11:1 - 20:1 dr
Maruoka, K. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16408
97 - 99 % ee
Kataliza enaminowa  sprzę\
ona addycja
Kataliza enaminowa  sprzę\
ona addycja
Kataliza enaminowa  sprzę\
ona addycja
Kataliza enaminowa  sprzę\
ona addycja
Hayashi, Y. et al. Angew. Chem.Int. Ed. 2005, 44, 4212
Chi, Y. et al. Org. Lett. 2005, 7, 4253
Hechavarria, M.T. et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 3958
Hayashi, Y. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005,127, 16028
Kataliza przez jony iminiowe
Kataliza przez jony iminiowe
Kataliza przez jony iminiowe
Kataliza przez jony iminiowe
LUMO
LUMO
LUMO
HOMO
HOMO
HOMO
O
N
O
+
Nu: N
Ph
Drugorzędowe aminy w katalizie procesów cykloaddycji
Drugorzędowe aminy w katalizie procesów cykloaddycji
Drugorzędowe aminy w katalizie procesów cykloaddycji
Drugorzędowe aminy w katalizie procesów cykloaddycji
[4+2] cykloaddycja
Ahrendt, K.A. et al. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4243
1,3  dipolarna cykloaddycja
Jen, W.S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 9874
wewnątrzcząteczkowa [4+2] cykloaddycja
Wilson, R.M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 11616
Sprzę\
ona addycja indoli i anilin do enali
Sprzę\
ona addycja indoli i anilin do enali
Sprzę\
ona addycja indoli i anilin do enali
Sprzę\
ona addycja indoli i anilin do enali
Austin, J.F. et al. J. Am. Chem. Soc.. 2002, 124, 1172
Sprzę\
ona redukcja enali  tworzenie centrum stereogenicznego
Sprzę\
ona redukcja enali  tworzenie centrum stereogenicznego
Sprzę\
ona redukcja enali  tworzenie centrum stereogenicznego
Sprzę\
ona redukcja enali  tworzenie centrum stereogenicznego
Ouellet, S.G. et al., J.Am. Chem. Soc. 2005, 127, 32
Reakcje cyklopropanowania i epoksydacji
Epoksydacja
Cyklopropanowanie
MacMillan, D. JACS 2005, 127, 3240 Jorgensen, K. JACS 2005, 127, 6964
Kataliza iminiowo-enaminowa w reakcjach tandemowych
Kataliza iminiowo-enaminowa w reakcjach tandemowych
Kataliza iminiowo-enaminowa w reakcjach tandemowych
Kataliza iminiowo-enaminowa w reakcjach tandemowych
Reakcja Friedla-Craftsa + chlorowanie Redukcja + fluorowanie
Huang, Y. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15051 MacMillan, D. JACS 2005, 127, 15051
Kataliza zasadami Brłnsteda
Kataliza zasadami Brłnsteda
Kataliza zasadami Brłnsteda
Kataliza zasadami Brłnsteda
Przykłady katalizy wspomaganej przez intymne pary jonowe
Przykłady katalizy wspomaganej przez intymne pary jonowe
Przykłady katalizy wspomaganej przez intymne pary jonowe
Przykłady katalizy wspomaganej przez intymne pary jonowe
Sprzężona addycja tioli do enonów
McDaid, P. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 338
Sprzężona addycja do nitroalkenów
Li, H. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8948
Sprzężona addycja do sulfonów winylowych
Li, H. et al. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9906
Pochodne chininy jako katalizatory reakcji Baylisa-Hillmana
Pochodne chininy jako katalizatory reakcji Baylisa-Hillmana
Pochodne chininy jako katalizatory reakcji Baylisa-Hillmana
Pochodne chininy jako katalizatory reakcji Baylisa-Hillmana
Basavaiah, D. et al. Chem. Rev. 2003, 103, 811
Organokatalityczne asymetryczne cyklopropanowanie
Organokatalityczne asymetryczne cyklopropanowanie
Organokatalityczne asymetryczne cyklopropanowanie
Organokatalityczne asymetryczne cyklopropanowanie
Gaunt M.J. et al. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2004, 43, 4641
Organokataliza przeniesienia fazowego
Organokataliza przeniesienia fazowego
Organokataliza przeniesienia fazowego
Organokataliza przeniesienia fazowego
Organokataliza przeniesienia fazowego
Organokataliza przeniesienia fazowego
Organokataliza przeniesienia fazowego
Organokataliza przeniesienia fazowego
Epoksydacja w katalizie przeniesienia fazowego Sprzężona addycja w katalizie przeniesienia fazowego
Maruoka et al., J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 11790 11791 J. Am. Chem. Soc. 2005, 126, 6844 6845
Organokataliza przeniesienia fazowego
Organokataliza przeniesienia fazowego
Organokataliza przeniesienia fazowego
Organokataliza przeniesienia fazowego
Arylowanie ketonów w katalizie przeniesienia fazowego Reakcja nitro-Mannicha w katalizie przeniesienia fazowego
J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3670 3671 J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17622 17623
Aktywacja wiązaniami wodorowymi - diole
Aktywacja wiązaniami wodorowymi - diole
Aktywacja wiązaniami wodorowymi - diole
Aktywacja wiązaniami wodorowymi - diole
Katalityczna enancjoselektywna cykloaddycja
Huang, Y. et al. Nature, 2003, 424, 146
Reakcja Baylisa-Hillmana Reakcja Aza-Baylisa-Hillmana
McDougal, N.T. et al. J. Am. Chem. Soc. 2003,125, 12094 Matsui, K. et al. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3680
katalizatory tiomocznikowe
katalizatory tiomocznikowe
katalizatory tiomocznikowe
katalizatory tiomocznikowe
Asymetryczna reakcja Streckera Asymetryczne hydrofosforylowanie
Jacobsen E. N. et al. (2002) J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10012 J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4102
Asymetryczna reakcjia nitro-Mannicha
Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 466
Asymetryczna reakcja Mannicha
J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 12964
Kwasy fosforowe pochodne binolu
Kwasy fosforowe pochodne binolu
Kwasy fosforowe pochodne binolu
Kwasy fosforowe pochodne binolu
Reakcja Mannicha
Reakcja Friedla-Craftsa
Reakcja Picteta-Spenglera
Aminowanie redukcyjne
Addycja związków diazowych
Rozwój organokatalizy
Rozwój organokatalizy
Rozwój organokatalizy
Rozwój organokatalizy
400
David W. C. MacMillan, NATURE|Vol 455|18 September 2008
350
300
250
200
Liczba
publikacji
150
100
50
0
2006 2007 2008 2009
Organokataliza - współcześnie
Organokataliza - współcześnie
Organokataliza - współcześnie
Organokataliza - współcześnie
Dziękuję za uwagę.