Новости химической науки > Хиральный катализатор работает в воде

Исследователи сообщают о первом примере асимметрической реакции, протекающей в воде и катализируемой кислотой Бренстеда.

Катализатор располагается в гидрофобной полости. (Рисунок из Chem. Sci., 2010, DOI: 10.1039/c0sc00206b)

В последнее время химиков-синтетиков все больше привлекает возможность проведения химических реакций в воде. Причинами такого интереса является то, что вода – дешевый, экологически чистый и пожаробезопасный растворитель, высокая теплоемкость воды также идеально подходит для проведения экзотермических реакций в промышленных масштабах. Ранее сообщалось о протекании в присутствии воды достаточного количества асимметрических реакций, катализируемых комплексами переходных металлов, а также органическими катализаторами (в обоих случаях катализ протекает через стадии образования ковалентных связей), однако до настоящего времени так и не была разработана асимметрическая органокаталитическая реакция протекает без образования ковалентных связей – только с образованием связей межмолекулярных.

Магнус Рюпинг (Magnus Rueping) и Томас Тайссманн (Thomas Theissmann) из Университета Аахенапровели энантиоселективное гидрирование хинолинов, катализируемое хиральной фосфорной кислотой. Фосфорная кислота образует водородную связь с хинолином, направляя реакцию гидрирования в направление образования строго определенного стереоизомера.

Катализ, механизм действия которого основан на образовании водородных связей, реализуется несмотря на то, что реакция протекает в воде, которая является исключительным донором атомов водорода; причина этого лежит в явлении «гидрофобной гидратации («hydrophobic hydration»). Взаимодействие между молекулами воды на границе раздела гидрофобной и гидрофильной среды приводит к минимизации этой поверхности, понижая способность молекул к участию в водородном связывании. Селективность катализатора была увеличена за счет введения в структуру катализатора дополнительных объемных органических боковых цепей, участвующих в образовании гидрофобного кармана для субстрата.

Рюпинг отмечает, что ранее считалась невозможной нековалентная асимметрическая реакция в воде – такой процесс мог осложняться быстрым обменом протонов в водной и другой протонодонорной среде. Новая катализируемая кислотой Бренстеда реакция протекает с хорошими выходами и отличной энантиоселективностью.

Питер Далко из Университета Декарта в Париже отмечает, что открытие эффективных условий реакции является лишь вершиной айсберга, хотя получение продуктов с требуемой селективностью полезно само по себе – гидрофобные взаимодействия хорошо известны для ферментно-катализируемых реакций, где они обеспечивают селективность образования органических соединений, а разработанный исследователями катализатор может послужить моделью для изучения ферментативных процессов, протекающих в гидрофобных карманах.

Источник: Chem. Sci., 2010, DOI: 10.1039/c0sc00206b

метки статьи: #кинетика и катализ, #органическая химия, #органический синтез, #физическая химия, #химия поверхности