Organokatalizátorok immobilizációja

A mai írásban a szilárd hordozós organokatalizátorokról és azok felhasználásának előnyeiről és hátrányairól fogok értekezni néhány példát is bemutatva.

A katalizátorok hatékonyságának  növelésére egy újszerű törekvés az organokatalizátorok különböző szilárd hordozókhoz való kötése, avagy immobilizációja. A különféle hordozós katalizátorok előnyei a hagyományos társaikkal szemben, hogy a reakció lejátszódása után gyors szeparációs művelettel, például szűréssel elválaszthatók a reakcióelegytől. Így nehézség nélkül regenerálhatók, ezáltal újrahasznosíthatók és visszaforgathatók további reakciókba. Mindezeknek köszönhetően meglehetősen leegyszerűsödik és kontrollálhatóbbá válik a katalitikus folyamat, mérsékelve a kívánt termék feldolgozáshoz szükséges időt és energiát, növelve a technológia gazdaságosságát és környezettudatosságát. A szilárd hordozóra vitt katalizátorok további figyelemreméltó sajátsága, hogy könnyűszerrel felhasználhatók folyamatos áramlású rendszerekben is. Ebben az esetben a hordozós katalizátort tölthető oszlopokba helyezzük, amelyen keresztül biztosítjuk a reagensek folyamatos áramoltatását. E megvalósítás előnye, hogy a katalizátor végig az ágyon marad, így nem szennyezi a termékelegyet, jelentősen leegyszerűsítve a tisztítási és feldolgozási lépéseket. Továbbá, az oszlopon rendkívül nagy lokális katalizátor felesleg érhető el, így csekély reagensfelesleg alkalmazásával, a reakcióidő lecsökkentése mellett, magas hozam és szelektivitásértékek érhetők el.

Nyilvánvalóan az immobilizált katalizátorok hátrányos tulajdonságokkal is rendelkeznek. Bizonyos jellemzőik módosulhatnak a kémiai rögzítés következtében, a katalitikus aktivitásuk és enantioszelektivitásuk csökkenhet. A szintézis szilárd hordozóra való átültetése többlet időt és energiát követel. Továbbá duzzadó tulajdonságú hordozó esetén megjegyezhető hátrányként a felhasználható oldószerek korlátozott száma is. Ugyanis nem megfelelő közegben a gyanta összeesik, ezáltal csökken az immobilizált katalizátoron az aktív helyek hozzáférhetősége és a folyamat hatékonysága.

Kémiai összetételük szerint a polimer hordozók lehetnek gél típusú gyanták (pl. polisztirol, polietilén-glikol), felület típusú gyanták (pl. cellulóz, szilikagél), kompozit gyanták és fésű polimerek. A katalizátor szilárd hordozón történő immobilizálása alapvetően kétféle módon történhet. Az egyik esetben kovalens kötéssel kapcsoljuk a hordozóhoz, míg a másik módszer alkalmazásánál az adszorpció gyenge kölcsönhatások által valósul meg. Ez utóbbinak nincs számottevő hatása az aktivitásra, azonban kevésbé stabilak. Az erős kovalens kötések jóllehet pozitívan befolyásolják a stabilitást, de aktivitásvesztéssel járhatnak.

Az organokatalizátorok szilárd hordozóhoz kötésével számos kutatócsoport foglalkozik. Manapság az egyik legjelentősebb név e tudomány területen Miquel A. Pericàs, aki csoportjával az évek során számos organokatalizátor immobilizációját oldotta meg. Például hidroxiprolint 1,2,3-triazol gyűrűn keresztül rögzítettek polisztirol gyantához, és az így képzett immobilizált katalizátort sikeresen alkalmazták aldol és Mannich reakciók sztereoszelektív kialakításához hagyományos lombikos és áramlásos kísérletek során. Továbbá Michael addíciós reakciókhoz diarilprolinol étereket immobilizáltak polimer gyantán az előbbihez hasonló 'klikk' stratégiával, és sikeresen alkalmazták a termékeket áramlásos szintézisek során. Természetesen Pericas kutatócsoprtján kívül is nagyon sokan foglalkoznak immobilizált organokatalizátorokkal. Például, Sartori és Armstrong munkatársaikkal egyszerű alkének enantioszelektív epoxidálásához használtak organokatalizátorként hordozós királis ketonokat. Cahard és kutatócsoportja immobilizált cinkonin és cinkonidin alapú katalizátorok szintézisét tanulmányozta, ahol egy észter linkeren keresztül kapcsolódnak e vegyületek a szilárd hordozóhoz. Lemaire és társai bemutatták, hogy a szilikagélen immobilizált biszoxazolin ligandum képes hatékonyan katalizálni a ciklopentadiének Diels-Alder reakcióját.

Az imént bemutatott példák is tanúsítják, hogy az immobilizált katalizátorok a laboratóriumi kutatásokban nagy népszerűségnek örvendenek, köszönhetően a már tárgyalt előnyös tulajdonságaiknak.

A bejegyzés az alábbi irodalmakra támaszkodik:

• B. List, S. Mukherjee, J. W. Yang, S. Hoffmann, Chem. Rev., (2007) 107, 5471.
• F. Cozzi, Adv. Synth. Catal., (2006), 348, 1367.
• Szloszár Alíz, Szilárd hordozós peptid organokatalizátorok szintézise aldehidek aszimmetrikus α-aminálásához, diplomamunka, 2013 (témavez.: Dr. Ötvös Sándor Balázs)

ö.s.

A kutatás a TÁMOP-4.2.4.A/2-11/1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.