Organokatalyysi

Organokatalyysi on katalyysin laji, jossa katalyytteinä toimivat metalliyhdisteiden sijaan tyypillisesti molekyylimassaltaan suhteellisen pienikokoiset orgaaniset yhdisteet. Organokatalyyttien tutkimus on herättänyt huomiota erityisesti 2000-luvulla.

Organokatalyysiluokat
Tyypillisimmät organokatalyytit ovat amiineja tai muita aminoryhmiä sisältäviä yhdisteitä kuten aminohappoja, ureoita, tioureoita tai niiden johdannaisia. Käytettyjä ovat muun muassa kiina-alkaloidit ja proliini. Hyvän enantioylimäärän saavuttamiseksi käytettävä katalyytti on kiraalinen. Organokatalyyttien on todettu olevan tehokkaita muun muassa aldoliadditioissa, Michael-additioissa, Mannich-reaktioissa, Diels–Alder-reaktioissa, vedytyksissä ja epoksidoinneissa. Organokatalyyttien etuna metalliatomeja sisältäviin katalyytteihin on alhaisempi myrkyllisyys, helppo kierrätettävyys, usein alhaisempi hinta ja vedensietokyky. Organokatalyyttien katalyyttinen aktiivisuus on kuitenkin usein alhaisempi kuin siirtymämetallikatalyyteillä, minkä vuoksi reaktioissa tulee saman konversion saavuttamiseksi käyttää suurempaa katalyyttimäärää tai pidempiä reaktioaikoja.

Kovalenttinen nukleofiilinen ja happo-emäskatalyysi organokatalyyteillä
Tyypillisimmin organokatalyytteinä käytetään nukleofiilisia kiraalisia amiineja. Amiinit toimivat reaktioissa elektronipareja luovuttavina Lewis-emäksinä. Esimerkiksi aldolireaktioissa amiinit muodostavat karbonyyliyhdisteistä helpommin reagiovia enamiineja.  Aldolireaktioissa organokatalyyteillä on saavutettu hyvin korkeita saantoja ja jopa 99%:n enantioylimäärä.

Lewis-happamuuden tai -emäksisyyden lisäksi organokatalyytit voivat toimia myös tavanomaisina happoemäskatalyytteinä eli toimia protonin luovuttajina tai vastaanottajina. Eräissä molekyyleissä on sekä hapan että emäksinen ryhmä. Esimerkkinä tästä ovat aminohapot ja kiina-alkaloidit. Erilaisia funktionaalisia ryhmiä sisältävät orgaaniset yhdisteet toimivat myös tehokkaina faasinsiirtokatalyytteinä.

Katalyysi vetysitoutumisen kautta
Nukleofiilisessa katalyysissä organokatalyytit nopeuttavat reaktiota kovalenttisen sitoutumisen kautta muodostaen reaktiivisempia välivaiheita.  Eräät organokatalyytit, erityisesti tioureajohdannaiset, katalysoivat reaktioita myös ilman kovalenttista sitoutumista vetysidoksien muodostumisen avulla. Näillä katalyyteillä on saatu lupaavia tuloksia muun muassa Claisen-toisiintumisissa ja typen ja hiilen väliseen kaksoissidokseen tapahtuvissa additioreaktioissa.

Lähteet

Aiheesta muualla 

Katalyytit