有機触媒

有機化学において、有機触媒は、有機触媒によって化学反応の速度が上昇する触媒作用の一種です。この「有機触媒」は、有機化合物に含まれる炭素、水素、硫黄、その他の非金属元素で構成されています。^{[3] [4] [5] [6] [7] [8]}組成と説明が類似しているため、反応速度や関与する触媒作用の形態への影響が似ていることから、酵素の誤称と間違われることがよくあります。

第二級アミン官能基を有する有機触媒は、エナミン触媒作用（触媒量の活性エナミン求核剤を形成することによって）またはイミニウム触媒作用（触媒量の活性イミニウム求電子剤を形成することによって）のいずれかを行うものとして説明できます。このメカニズムは共有結合型有機触媒に典型的です。基質の共有結合には通常、高い触媒負荷が必要です（プロリン触媒の場合、通常 20～30 mol%）。水素結合などの非共有結合型相互作用により、低い触媒負荷（0.001 mol% まで）が可能になります。

有機触媒にはいくつかの利点がある。金属ベースの触媒が不要なため、グリーンケミストリーに貢献できる。この文脈では、単純な有機酸が数トン規模で水中のセルロースの改質触媒として使用されている。^[9]有機触媒がキラルである場合、不斉触媒への道が開かれる。例えば、アルドール反応におけるプロリンの使用は、キラリティーとグリーンケミストリーの一例である。^[10]有機化学者のデビッド・マクミランとベンジャミン・リストは、不斉有機触媒に関する研究により、2021年のノーベル化学賞を受賞した。^[11]

通常のアキラル有機触媒は窒素をベースにしており、例えばクノフェナーゲル縮合で使用されるピペリジン^{[12] 、}エステル化に使用されるDMAP ^[13]、ベイリス・ヒルマン反応で使用されるDABCO ^{[14] など}があります。チアゾリウム塩はステッター反応で使用されます。これらの触媒と反応には長い歴史がありますが、現在有機触媒に関する関心は、不斉有機触媒またはエナンチオ選択的有機触媒と呼ばれる、キラル触媒による不斉触媒に集中しています。1970年代に開発された先駆的な反応は、ハヨス・パリッシュ・エーダー・ザウアー・ヴィーヒャート反応と呼ばれています。 1968年から1997年の間に、不斉反応の触媒として小さな有機分子を使用するという報告はわずかしかなかったが（おそらく最も有名なのはハヨス・パリッシュ反応）、これらの化学研究は、より大規模で相互に関連した分野の不可欠な部分というよりも、独自の化学反応として捉えられていた。^[15]

この反応では、天然に存在するキラルなプロリンがアルドール反応のキラル触媒となる。出発物質はアキラルなトリケトンであり、反応生成物である93%のエナンチオマー過剰率のケトールを得るのに必要なプロリンはわずか3%である。これはアミノ酸触媒による不斉アルドール反応の最初の例である。^{[16] [17]}

ヴィーランド・ミーシャーケトンの不斉合成（1985）もプロリンをベースとしており、もう一つの初期の応用はロバート・B・ウッドワード（1981）によるエリスロマイシンの全合成における変換の一つであった。 ^[18]ミニレビューダイジェスト記事では、有機触媒反応を用いた天然物および医薬品の全合成の最近の選択された例に焦点を当てている。^[19]

多くのキラル有機触媒はキラル配位子（金属中心と一緒になって不斉反応も触媒する）を応用したものであり、両方の概念はある程度重複しています。

1997年にYian Shiが、キラルジオキシランを用いたトランスおよびトリ置換オレフィンの触媒的不斉エポキシ化による、初めての一般的な高度にエナンチオ選択的な有機触媒反応を報告したとき、有機触媒の分野における画期的な進歩が起こりました。 ^[20]それ以来、いくつかの異なるタイプの反応が開発されました。

不斉合成のための有機触媒はいくつかのクラスに分類できます。

• 生体分子：プロリン、フェニルアラニン。一般的な第二級アミン。^[21]キナアルカロイド、特定のオリゴペプチド。
• 生体分子から得られる合成触媒。
• 水素結合触媒（TADDOLS 、 NOBINなどのBINOL誘導体、チオ尿素系有機触媒など）
• 次世代ステッター反応触媒としてのトリアゾリウム塩

有機触媒が関与する不斉反応の例は以下のとおりです。

• 不斉ディールス・アルダー反応
• 非対称マイケル反応
• 非対称マンニッヒ反応
• エポキシ化
• 有機触媒による移動水素化

プロリン触媒については検討されている。^{[22] [23]}

イミダゾリジノンは、不斉ディールス・アルダー反応やマイケル付加反応など、多くの変換反応の触媒である。キラル触媒は不斉反応を誘導し、多くの場合、高いエナンチオ選択性を示す。この触媒は、α,β-不飽和アルデヒド（エナール）およびエノンのカルボニル基とイミニウムイオンを急速な化学平衡で形成することによって作用する。このイミニウム活性化は、ルイス酸によるカルボニル基の活性化に似ており、どちらの触媒も基質のLUMOを低下させる：^{[24] [25]}

一時的なイミニウム中間体はキラルであり、キラル誘導によって反応生成物に転移される。この触媒は、ディールス・アルダー反応、マイケル付加、フリーデル・クラフツアルキル化、移動水素化、エポキシ化に使用されている。

一例としては、 4-ヒドロキシクマリンとベンジリデンアセトンのマイケル付加反応による薬物ワルファリン（ヘミケタールと平衡状態）の不斉合成が挙げられる：^[26]

最近の成果としては、クロトンアルデヒドと有機トリフルオロホウ酸塩のビニルアルキル化がある。^[27]

その他の使用例については、有機触媒による移動水素化および不斉ディールス・アルダー反応を参照してください。

有機触媒の大きなグループには、尿素またはチオ尿素部分が組み込まれています。これらの触媒的に効果的な（チオ）尿素誘導体は（チオ）尿素有機触媒と呼ばれ、明確な二重水素結合相互作用を提供し、水素結合受容基質を調整および活性化します。^[28]

現在の用途は、マイケル付加反応、スピロ環の合成のための不斉多成分反応、アシルストレッカー反応を含む不斉多成分反応、不斉ペタシス反応、不斉ビギネリ反応、不斉マンニッヒ反応、不斉アザヘンリー反応、および不斉還元カップリング反応を含む不斉多成分反応に限定されています。^[29]

Scholia には、有機触媒 (Q898995) のプロファイルがあります。

• ウィキメディア・コモンズの有機触媒に関連するメディア
• ウィクショナリーの有機触媒の辞書定義
• Wikiquote の有機触媒に関する引用