ออร์กาโนแคตาไลซิสคืออะไร?

มีข้อดีหลายประการในการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาออร์กานิคในการสังเคราะห์ไครัล ตัวเร่งปฏิกิริยาออร์แกโนมักจะเป็นโมเลกุลที่ค่อนข้างเรียบง่ายและแข็งแรงซึ่งมีราคาไม่แพงและหาได้ง่าย ตัวเร่งปฏิกิริยาออร์กาโนสามารถปรับแต่งให้มีประสิทธิภาพในการสร้างอีแนนติโอเมอร์เฉพาะ เนื่องจากปราศจากโลหะ จึงมักเป็นพิษน้อยกว่าและสร้างของเสียอันตรายน้อยลงสําหรับการทําความสะอาด สภาวะปฏิกิริยาที่จําเป็นสําหรับการเร่งปฏิกิริยาทางออร์กาโนติกมีแนวโน้มที่จะรุนแรงน้อยกว่าเกี่ยวกับอุณหภูมิ/ความดัน และตัวเร่งปฏิกิริยาออร์กาโนมีความไวต่ออากาศและความชื้นน้อยกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาออร์กาโนเมทัลลิก ดังนั้นการเร่งปฏิกิริยาทางออร์กานิซีจึงมีคํามั่นสัญญาอย่างมากในการบรรลุเคมีที่ยั่งยืน ออร์กาโนคัทซิตาร์มีประโยชน์มากสําหรับการสังเคราะห์ที่ยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะทําด้วยวิธีอื่น แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเอนไซม์จะออกฤทธิ์สูง มีประสิทธิภาพ และคัดเลือก แต่ก็มีแนวโน้มที่จะมีขอบเขตที่จํากัดและสนับสนุนการสร้างเอแนนติโอเมอร์หนึ่งตัว ซึ่งอาจไม่เป็นที่ยอมรับ

เกี่ยวกับข้อเสีย ออร์กาโนเร่งปฏิกิริยาไม่มีประสิทธิภาพหรือออกฤทธิ์เท่ากับการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ ซึ่งหมายความว่าการโหลดตัวเร่งปฏิกิริยาจะต้องสูงขึ้นมากปฏิกิริยามีแนวโน้มที่จะช้าลงและมีปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการทํางานเพื่อแยกผลิตภัณฑ์ออกจากตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นการปรับขนาดปฏิกิริยาที่ใช้ออร์กาโนคอตาไลซิสสําหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมจึงอาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย นอกจากนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาออร์กาโนเมทัลลิกมีประสิทธิภาพน้อยกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาออร์กาโนเมทัลลิกเมื่อเคมีต้องการการกระตุ้นพันธะเฉื่อย เช่น ในการทํางานของ C-H สิ่งสําคัญคือต้องทราบว่าการเร่งด้วยการวิจัยที่ได้รับการปรับปรุงในด้านเคมีสีเขียวความพยายามที่สําคัญกําลังดําเนินต่อไปในการใช้โลหะที่อุดมสมบูรณ์ในโลกเช่นเหล็กเพื่อทดแทนโลหะทรานซิชันที่เป็นพิษหรือมีราคาแพงดังนั้นจึงช่วยลดข้อดีอย่างหนึ่งของการเร่งปฏิกิริยาทางออร์กานิซี

การประยุกต์ใช้ออร์กาโนคอตาไลซิสกําลังเติบโตอย่างทวีคูณเนื่องจากข้อดีโดยธรรมชาติ ส่วนหนึ่งของเหตุผลสําหรับการเติบโตนี้เป็นผลโดยตรงจากความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับจลนศาสตร์กลไกและเส้นทางของ กระบวนการเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ เนื่องจากมีการให้ความสําคัญกับการประยุกต์ใช้ออร์กาโนแคตาไลซิสในอุตสาหกรรมมากขึ้น จึงมีความจําเป็นมากขึ้นสําหรับข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการขยายขนาดและการเพิ่มประสิทธิภาพสภาวะปฏิกิริยา

การได้มาซึ่งข้อมูลคุณภาพสูงสําหรับการวัดเหล่านี้จําเป็นต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์/ตัวแปรปฏิกิริยาพื้นฐานอย่างแม่นยําและแม่นยํา รวมถึงอุณหภูมิ ความดัน อัตราการจ่ายสารตั้งต้น และอัตราการกวน เครื่อง ปฏิกรณ์เคมีอัตโนมัติ EasyMax™ และ OptiMax™ ใช้ในห้องปฏิบัติการทางวิชาการและอุตสาหกรรมเพื่อจุดประสงค์นี้ ความสามารถของ EasyMax เพิ่งได้รับการขยายเพื่อให้สามารถควบคุมอุณหภูมิที่ต่ําถึง -90 °C ได้อย่างแม่นยํา ซึ่งจะช่วยเพิ่มพื้นที่การออกแบบสําหรับกระบวนการเร่งปฏิกิริยาโดยทั่วไป นอกจากนี้ EasyMax ยังสามารถติดตั้งความสามารถในการวัดปริมาณความร้อน (EasyMax HFCal) สําหรับการวัดคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของปฏิกิริยาและเพื่อความปลอดภัย

การรับรองจากการควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ที่เหนือกว่าช่วยให้มั่นใจในความแม่นยําในการวัดของชนิดปฏิกิริยา ซึ่งรวมถึงรีเอเจนต์ สารตั้งต้น ชนิดตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวกลางชั่วคราว และสิ่งสกปรกจากผลพลอยได้ การทดลองที่เต็มไปด้วยข้อมูลจากการติดตามสปีชีส์ปฏิกิริยาเหล่านี้แบบเรียลไทม์ในแหล่งกําเนิดช่วยเร่งการพัฒนาพารามิเตอร์จลนศาสตร์และรองรับกลไกปฏิกิริยาที่เสนอ รวมถึงวัฏจักรตัวเร่งปฏิกิริยา ดังที่แสดงให้เห็นในวรรณกรรมทางเคมี FTIR และรามันสเปกโทรสโกปี แบบเรียลไทม์ในแหล่งกําเนิดเป็นวิธีการที่ได้รับการพิสูจน์แล้วสําหรับความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา ReactIR™ และ ReactRaman™ ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสําหรับการวิเคราะห์ปฏิกิริยาเคมี และมีโพรบแทรกและโฟลว์เซลล์ที่หลากหลายซึ่งรองรับช่วงอุณหภูมิและความดันที่กว้างซึ่งมักจําเป็นสําหรับการตรวจสอบปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา

เมื่อจําเป็นต้องวิเคราะห์ด้วยโครมาโตกราฟี EasySampler™  เป็นเทคโนโลยีการสุ่มตัวอย่างอัตโนมัติสําหรับการเก็บตัวอย่างแบบอินไลน์ การดับ และการเจือจางตัวอย่างปฏิกิริยา เทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถดึงตัวอย่างได้ภายใต้สภาวะปฏิกิริยา ขจัดปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการสุ่มตัวอย่างเคมีด้วยตนเองที่อุณหภูมิ ความดัน และ/หรือปฏิกิริยาที่ไวต่ออากาศที่ท้าทาย สําหรับการวิเคราะห์ HPLC ออนไลน์ DirectInject-LC™  สามารถใช้เพื่อทําความเข้าใจปฏิกิริยาและการตกผลึกแบบเรียลไทม์ การสุ่มตัวอย่างและการฉีดปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบเปลี่ยน HPLC ให้เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ทรงพลังสําหรับการตรวจสอบ ปฏิกิริยาออนไลน์

1. Puglisi, A., และ Rossi, S. (2021). การเร่งปฏิกิริยาออร์กานิซีฟแบบสเตอริโอเซ็กเลตและเคมีการไหล ฟิสิกส์ วิทย์ Rev., 6(4). https://doi.org/10.1515/psr-2018-0099
2. Strassfeld, DA, Algera, RF, Wickens, ZK, และ Jacobsen, EN (2021). กรณีศึกษาในความทั่วไปของตัวเร่งปฏิกิริยา: กลไกกรด Brønsted และ Lewis แบบ enantioselective สูงพร้อมกันในการเร่งปฏิกิริยาการเปิดออกซีเทนของผู้บริจาคพันธะไฮโดรเจน วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน, 143(25), 9585–9594. https://doi.org/10.1021/jacs.1c03992
3. Maligres, PE และคณะ (2021). การค้นพบและการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาออร์กาโนที่ผิดปกติสําหรับการแปลงไทมิดีนเป็นไกลคาลฟูรานอยด์ การวิจัยและพัฒนากระบวนการอินทรีย์https://doi.org/10.1021/acs.oprd.1c00186
4. Hutchinson, G., Alamillo-Ferrer, C. และ Burés, J. (2021). การออกแบบด้วยกลไกของอะมิโนคลาติเจน α คลอรีนที่มีประสิทธิภาพและคัดเลือกได้ของอัลดีไฮด์ วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน, 143, 6805–6809. https://doi.org/10.1021/jacs.1c02997
5. ชนิตเซอร์, ที. และเวนเนเมอร์ส, เอช. (2020). การปิดใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาเอมีนทุติยภูมิผ่านปฏิกิริยาอัลดอล - ตัวเร่งปฏิกิริยาเอมีนภายใต้สภาวะที่ปราศจากตัวทําละลาย วารสารเคมีอินทรีย์, 85(12), 7633–7640. https://doi.org/10.1021/acs.joc.0c00665
6. Nicholls, R. และคณะ (2018). การเร่งปฏิกิริยากัวนิดีนของคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไซเลน: การสลับระหว่างเส้นทางและการยับยั้งการปิดใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยา ACS, 8(4), 3678–3687. https://doi.org/10.1021/acscatal.7b04108
7. Dai, J., Zhu, L., Tang, D., Fu, X., Tang, J., Guo, X., & Hu, C. (2017). โพลีอะนิลีนซัลโฟเนตเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาออร์กานิของแข็งสําหรับการคายน้ําของฟรุกโตสเป็น 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟูรัล เคมีสีเขียว, 19(8), 1932–1939. https://doi.org/10.1039/c6gc03604j
8. Zhang, Z., Bae, HY, Guin, J., Rabalakos, C., Van Gemmeren, M., Leutzsch, M., Klussmann, M., & List, B. (2016). ออร์กาโนคาตาไลซิสกรดลูอิสที่กํากับแอนไอออนแบบอสมมาตรสําหรับไซยาโนซิไลเลชันที่ปรับขนาดได้ของอัลดีไฮด์ การสื่อสารธรรมชาติ, 7(1). https://doi.org/10.1038/ncomms12478
9. Zeng, X., Cao, Z., Wang, X., Chen, L., Zhou, F., Zhu, F., Wang, C., & Zhou, J. (2015). การกระตุ้นคอมเพล็กซ์ไครัล (Salen)ALCL โดยฟอสโฟเรนสําหรับไซยาโนซิไลเลชันแบบ enantioselective สูงของคีโตนและอีโนน วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน, 138(1), 416–425. https://doi.org/10.1021/jacs.5b11476
10. Zhao, W., Gnanou, Y. และ Hadjichristidis, N. (2015). ออร์กาโนคอตาไลซิสโดยการเชื่อมไฮโดรเจน: แนวทางใหม่ในการควบคุม/มีชีวิตพอลิเมอไรเซชันของกรด α-อะมิโน N-carboxyanhydrides เคมีพอลิเมอร์, 6, 6193–6201. http://dx.doi.org/10.1039/c5py00874c
11. Varga,., Mika, LT, Csámpai, A., Holczbauer, T., Kardos, G., & Soós, T. (2015). การตรวจสอบเชิงกลไกของออร์กาโนเร่งปฏิกิริยา squaramide แบบสองหน้าที่ในปฏิกิริยาไมเคิลแบบอสมมาตรและการสังเกตปฏิกิริยาย้อนยุคแบบสเตอริโอเซ็กเกจ ความก้าวหน้าของ RSC, 5(115), 95079–95086. https://doi.org/10.1039/c5ra19593d
12. Rueping, M., Bootwicha, T., และ Sugiono,. (2012). การเติมไฮโดรเจนแบบอสมมาตรแบบเร่งปฏิกิริยาแบบไหลต่อเนื่อง: การเพิ่มประสิทธิภาพปฏิกิริยาโดยใช้การวิเคราะห์แบบอินไลน์ของ FTIR วารสารเคมีอินทรีย์เบล์สไตน์, 8, 300–307. https://doi.org/10.3762/bjoc.8.32
13. Wu, GP และ Darensbourg, D. (2012). การประสานงานโลหะควบคู่ copolymerization และพอลิเมอไรเซชันที่เปิดวงแหวนออร์กาโนคะตาไลติกผ่านน้ําเพื่อสังเคราะห์โคพอลิเมอร์ไดบล็อกของสไตรีนออกไซด์/CO2 และแลคไทด์ วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน, 134(42), 17739–17745. https://doi.org/10.1021/ja307976c
14. แวน ฮัมเบ็ค, JF, Simonovich, SP, Knowles, RR, และ MacMillan, DWC (2010). เกี่ยวกับกลไกของอัลดีไฮด์ที่เร่งปฏิกิริยา FeCl3-α-oxyamination: หลักฐานสําหรับเส้นทางการกระตุ้นที่ไม่ใช่ SOMO วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน, 132(29), 10012–10014. https://doi.org/10.1021/ja1043006
15. Seebach, D., Beck, AK, Badine, DM, Limbach, M., Eschenmoser, A., Treasurywala, AM, Hobi, R., Prikoszovich, W., & Linder, B. (2007). oxazolidinones เป็นปรสิตที่ไม่ก่อให้เกิดผลในการเร่งปฏิกิริยาโพรลีนจริงหรือ? – ความคิดและการทดลองชี้ไปที่มุมมองอื่น Helvetica Chimica Acta, 90(3), 425–471. https://doi.org/10.1002/hlca.200790050
16. เดนมาร์ก, SE, & Chung, WJ (2006). เบสลูอิสเร่งปฏิกิริยาการเติมไตรเมทิลซิลิลไซยาไนด์ลงในอัลดีไฮด์ วารสารเคมีอินทรีย์, 71(10), 4002–4005. https://doi.org/10.1021/jo060153q
17. ฝรั่งเศส เอส และคณะ (2004). ตัวเร่งปฏิกิริยา α คลอรีนแบบอสมมาตรของกรดฮาไลด์ วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน, 126(13), 4245–4255. https://doi.org/10.1021/ja039046t
18. Taggi, AE, Hafez, AM, Wack, H., Young, B., Ferraris, D., & Lectka, T. (2002). การพัฒนาปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาครั้งแรกของคีเทนและไอมิน: การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่สมมาตรของ β-lactams วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน, 124(23), 6626–6635. https://doi.org/10.1021/ja0258226
19. เดนมาร์ก, SE และ Stavenger, RA (2000). ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบอสมมาตรของปฏิกิริยาอัลดอลกับเบสไครัลลูอิส บัญชีการวิจัยทางเคมี, 33(6), 432–440. https://doi.org/10.1021/ar960027g
20. Atodiresei, I., Vila, C., และ Rueping, M. (2015). ออร์กาโนตาไลซิสแบบอสมมาตรในการไหลต่อเนื่อง: โอกาสในการส่งผลกระทบต่อตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรม ตัว เร่งปฏิกิริยา ACS, 5(3), 1972–1985. https://doi.org/10.1021/acscatal.5b00002
21. Kaoukabi, A. และคณะ (2015). การใช้ของเหลวไอออนิกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาออร์กานิคสําหรับการควบคุมการเปิดวงแหวนพอลิเมอไรเซชันของ ε-caprolactone พืชและผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม, 72, 16–23. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.02.002
22. Zhang, Z., & List, B. (2013). จลนศาสตร์ของปฏิกิริยา Mukaiyama Aldol ที่เร่งปฏิกิริยาไดซัลโฟนิไมด์ไครัล วารสารเคมีอินทรีย์แห่งเอเชีย, 2(11), 957–960. https://doi.org/10.1002/ajoc.201300182