التحفيز العضوي

في الكيمياء العضوية ، يُعدّ التحفيز العضوي نوعًا من أنواع التحفيز التي تُسرّع التفاعلات الكيميائية باستخدام عامل حفاز عضوي . يتكون هذا العامل الحفاز العضوي من الكربون والهيدروجين والكبريت وعناصر أخرى لا فلزية موجودة في المركبات العضوية. [ ^{3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] ونظرًا} لتشابه تركيبها ووصفها، يُساء فهمها غالبًا على أنها إنزيمات ، وذلك لتشابه تأثيراتها على معدلات التفاعلات وأنواع التحفيز المستخدمة.

يمكن وصف المحفزات العضوية التي تُظهر وظيفة الأمين الثانوي بأنها تؤدي إما تحفيز الإينامين (عن طريق تكوين كميات تحفيزية من نيوكليوفيل الإينامين النشط ) أو تحفيز الإيمينيوم (عن طريق تكوين كميات تحفيزية من إلكتروفيل الإيمينيوم النشط). هذه الآلية نموذجية للتحفيز العضوي التساهمي. يتطلب الارتباط التساهمي للركيزة عادةً كمية كبيرة من المحفز (20-30 مول%) لتحفيز البرولين  . أما التفاعلات غير التساهمية، مثل الروابط الهيدروجينية، فتُسهّل استخدام كميات قليلة من المحفز (تصل إلى 0.001  مول%).

توفر الحفزية العضوية العديد من المزايا. فهي تغني عن استخدام الحفزات المعدنية، مما يساهم في الكيمياء الخضراء . وفي هذا السياق، استُخدمت الأحماض العضوية البسيطة كحفزات لتعديل السليلوز في الماء على نطاق واسع. ^{[ 9 ]} وعندما يكون الحفز العضوي كيراليًا ، يُفتح المجال أمام الحفزية غير المتناظرة ؛ فعلى سبيل المثال، يُعد استخدام البرولين في تفاعلات الألدول مثالًا على الكيرالية والكيمياء الخضراء. ^{[ 10 ]} وقد مُنح الكيميائيان العضويان ديفيد ماكميلان وبنيامين ليست جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2021 لأبحاثهما في مجال الحفزية العضوية غير المتناظرة. ^{[ 11 ]}

تعتمد المحفزات العضوية غير الكيرالية التقليدية على النيتروجين، مثل البيبيريدين المستخدم في تكثيف كنوفناجل . ^{[ 12 ]} و DMAP المستخدم في تفاعلات الأسترة. ^{[ 13 ]} و DABCO المستخدم في تفاعل بايليس-هيلمان . ^{[ 14 ]} وتُستخدم أملاح الثيازوليوم في تفاعل ستيتر . ^{[ 15 ]} لهذه المحفزات والتفاعلات تاريخ طويل، لكن الاهتمام الحالي في مجال التحفيز العضوي ينصب على التحفيز غير المتماثل باستخدام المحفزات الكيرالية، والذي يُسمى التحفيز العضوي غير المتماثل أو التحفيز العضوي الانتقائي للإنانتيومرات . ومن التفاعلات الرائدة التي طُوّرت في سبعينيات القرن الماضي تفاعل هاجوس-باريش-إيدر-ساور-فيشرت . بين عامي 1968 و1997، لم تكن هناك سوى تقارير قليلة عن استخدام الجزيئات العضوية الصغيرة كمحفزات للتفاعلات غير المتماثلة (ربما كان تفاعل هاجوس-باريش هو الأشهر)، ولكن نُظر إلى هذه الدراسات الكيميائية على أنها تفاعلات كيميائية فريدة أكثر من كونها أجزاءً لا تتجزأ من مجال أوسع مترابط. ^{[ 16 ]}

في هذا التفاعل، يُعد البرولين الكيرالي الموجود طبيعيًا عاملًا حفازًا كيراليًا في تفاعل ألدول . المادة الأولية هي ثلاثي كيتون غير كيرالي ، ويتطلب الأمر 3% فقط من البرولين للحصول على ناتج التفاعل، وهو كيتول بنسبة فائض إنانتيوميري تبلغ 93% . هذا هو المثال الأول لتفاعل ألدول غير متماثل محفز بواسطة حمض أميني. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

يعتمد التخليق غير المتماثل لكيتون ويلاند-ميشر (1985) أيضًا على البرولين، وكان من بين التطبيقات المبكرة الأخرى أحد التحولات في التخليق الكلي للإريثروميسين بواسطة روبرت ب. وودوارد (1981). ^{[ 19 ]} تركز مقالة موجزة على أمثلة حديثة مختارة للتخليق الكلي للمنتجات الطبيعية والصيدلانية باستخدام التفاعلات المحفزة عضويًا. ^{[ 20 ]}

العديد من المحفزات العضوية الكيرالية هي عبارة عن تعديل للروابط الكيرالية (التي تعمل مع مركز معدني أيضًا على تحفيز التفاعلات غير المتماثلة) ويتداخل كلا المفهومين إلى حد ما.

حدث تقدم كبير في مجال التحفيز العضوي عام 1997 عندما أبلغ يان شي عن أول تفاعل تحفيزي عضوي عام عالي الانتقائية الفراغية، وذلك من خلال الأكسدة غير المتماثلة التحفيزية للأوليفينات المستبدلة من نوع ترانس وثلاثي الاستبدال باستخدام ديوكسيران كيرالي. ^{[ 21 ]} ومنذ ذلك الحين، تم تطوير العديد من أنواع التفاعلات المختلفة.

يمكن تصنيف المحفزات العضوية للتخليق غير المتماثل إلى عدة فئات:

• الجزيئات الحيوية : البرولين ، والفينيل ألانين . الأمينات الثانوية بشكل عام. ^{[ 22 ]} قلويدات الكينونا ، وبعض الببتيدات قليلة الوحدات .
• المحفزات الاصطناعية المشتقة من الجزيئات الحيوية.
• المحفزات الرابطة الهيدروجينية ، بما في ذلك TADDOLS ، ومشتقات BINOL مثل NOBIN ، والمحفزات العضوية القائمة على الثيوريا
• أملاح التريازوليوم كمحفزات لتفاعل ستيتر من الجيل التالي

من أمثلة التفاعلات غير المتماثلة التي تتضمن محفزات عضوية ما يلي:

• تفاعلات ديلز-ألدر غير المتماثلة
• تفاعلات مايكل غير المتماثلة
• تفاعلات مانش غير المتماثلة
• عملية الأكسدة الإيبوكسيدية
• الهدرجة الانتقالية المحفزة عضوياً

تمت مراجعة عملية التحفيز بالبرولين. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

تُعدّ الإيميدازوليدينونات عوامل حفّازة للعديد من التفاعلات الكيميائية، مثل تفاعلات ديلز-ألدر غير المتماثلة وإضافات مايكل . تُحفّز العوامل الحفّازة الكيرالية التفاعلات غير المتماثلة ، وغالبًا ما تكون انتقائيتها الفراغية عالية. يعمل هذا العامل الحفّاز عن طريق تكوين أيون إيمينيوم مع مجموعات الكربونيل في الألدهيدات غير المشبعة ألفا، بيتا ( الإينالات ) والإينونات في حالة توازن كيميائي سريع . يُشابه تنشيط الإيمينيوم هذا تنشيط مجموعات الكربونيل بواسطة حمض لويس ، وكلا العاملين الحفّازين يُخفّضان مستوى LUMO للمادة المتفاعلة : ^{[ 25 ] [ 26 ]}

يُعدّ وسيط الإيمينيوم العابر كيراليًا، وينتقل إلى ناتج التفاعل عبر الحث الكيرالي . وقد استُخدمت هذه المحفزات في تفاعلات ديلز-ألدر ، وإضافات مايكل ، وألكلة فريدل-كرافتس ، والهدرجة الانتقالية ، والإيبوكسدة .

أحد الأمثلة هو التخليق غير المتماثل لدواء الوارفارين (في حالة توازن مع الهيميكيتال ) في إضافة مايكل لـ 4-هيدروكسي كومارين وبنزيليدين أسيتون : ^{[ 27 ]}

ومن الإنجازات الحديثة عملية ألكلة الفينيل للكروتونالدهيد باستخدام ملح ثلاثي فلورو البورات العضوي : ^{[ 28 ]}

للاطلاع على أمثلة أخرى لاستخدامه: انظر الهدرجة الانتقالية المحفزة عضوياً وتفاعلات ديلز-ألدر غير المتماثلة .

تتضمن مجموعة كبيرة من المحفزات العضوية جزء اليوريا أو الثيوريا . توفر مشتقات (ثيو)يوريا الفعالة تحفيزيًا، والتي تُسمى محفزات (ثيو)يوريا العضوية، تفاعلات رابطة هيدروجينية مزدوجة صريحة لتنسيق وتنشيط الركائز المستقبلة للرابطة الهيدروجينية. ^{[ 29 ]}

تقتصر استخداماتها الحالية على التفاعلات متعددة المكونات غير المتماثلة، بما في ذلك تلك التي تتضمن إضافة مايكل، والتفاعلات متعددة المكونات غير المتماثلة لتخليق الحلقات الحلزونية، والتفاعلات متعددة المكونات غير المتماثلة التي تتضمن تفاعلات ستريكر الأسيلية، وتفاعلات بيتاسيس غير المتماثلة، وتفاعلات بيجينيللي غير المتماثلة، وتفاعلات مانخ غير المتماثلة، وتفاعلات أزا-هنري غير المتماثلة، وتفاعلات الاقتران الاختزالي غير المتماثلة. ^{[ 30 ]}

• الوسائط المتعلقة بالتحفيز العضوي على ويكيميديا ​​كومنز
• تعريف التحفيز العضوي في قاموس ويكشنري
• اقتباسات متعلقة بالتحفيز العضوي على موقع ويكي الاقتباس