ترجمة: ميشيل رحال، الكيمياء العربي
شهد العقد الأخير نمواً كبيراً في حقل الحفازات العضوية غير المتناظرة، وذلك بفضل الإعجاب الكبير بالحفازات الجديدة، من خلال طرق منهجية غير مطروقة، وتطبيقات في أنواع عديدة من التفاعلات، كتفاعلات التبادل النكليوفيلية، تفاعلات الإضافة مثل الحلقي، تفاعلات الأكسدة، الإرجاع، وغيرها من التفاعلات المختلفة.
إنّ استخدام جزيئات عضوية صغيرة كحفازات، هو معروف منذ أكثر من قرن. لكن فقط خلال العقد الأخير أصبحت الحفازات العضوية مجال نشيط للمبادئ العامة وذات استخدام واسع ضمن التفاعلات غير المتناظرة.
يمكن تعريف الحفز العضوي على أنه عملية، تستخدم فيها جزيئات عضوية صغيرة لتحفيز التحولات العضوية. تم توثيق استخدام الحفازات العضوية في التحولات العضوية على مدى المئة سنة الماضية.
اليوم، يعتبر هذا المجال واحداً من أهم فروع تفاعلات الاصطناع الامتثال الانتقائي(*).
إنّ حدوث تسارع في هذا النمو هو ممكن فقط عندما يقدم حقلاً فوائد حقيقة للباحثين. إنّ فائدة الحفز العضوي قد جلبت احتمالاً لأسلوب متكامل في الحفز، مع إمكانية تخفيض التكلفة، الوقت والطاقة، إجراءات تجريبية أسهل، وتخفيض المواد الكيميائية المستعملة المبددة. أولاً، تعتبر الجزيئات العضوية بشكل عام غير حساسة للأوكسيجين والرطوبة ضمن البيئة التي تتوضع فيها، لذا فهناك حاجة لمحركات تفاعل خاصة، حاويات طاقة وتقنيات تجريبية، أو لعوامل فائقة التجفيف والمذيبات. ثانياً، الطيف واسع من العوامل العضوية –كالحموض الأمينية، السكريات، والحموض الهيدروكسيلية- والتي تتوافر في الطبيعة وتعتبر غير سامة وصديقة للبيئة، مما يزيد من أمان عملية الحفز في كلا الأبحاث الكيميائية والحيوية ضمن مجال البحث، من ضمنها المؤسسات البحثية والمعامل. إنّ ابتكار أو الوضع العام لفعالية التحفيز، حث التفاعل والفعالية قد أصبحت ذات أهمية كبيرة. يشرح الشكل العام للحفز جزيئات فعالة والتي يمكنها المشاركة في مختلف أنواع التفاعلات مع العديد من التفاعلات وبانتقائية امتثالية عالية.
تعمل هذه الجزيئات الفعالة على أساس التآثر لحفاز أحادي غير متناظر مع زمرة وظيفية أساسية (مثل الآلدهيد، الكيتون، الألكين، أو الإيمين) ذات درجة عالية من الانتظام.
إنّ قيمة نماذج التفعيل العام، بأنه عندما تتشكل، سوف تصبح جاهزة للاستخدام وبطريقة ممنهجة لتصميم تفاعلات ذات انتقائية امتثالية جديدة.
في الواقع، أكثر من 130 تفاعل مُحفّز عضوياً والتي تم توثيقها منذ سنة 1998، وجدت من أجل 5 أو 6 نماذج تحفيز. من الصعب التنبؤ ماذا يحمل المستقبل لكن هناك العديد من الجوانب في الحفز العضوي التي سيتم البحث بها بشكل موسع.
سوف يخضع تصميم الحفازات لتغيرات شديدة وتعديلات، من أجل تسهيل اكتشاف حفازات بفعالية عالية، تفاعليات جديدة ذات أرقام مبيعات كبيرة.
سوف تتشكل الميزات الجديدة في مجال التفاعلات الحفزية العضوية، بحيث سيتم ضم أنماط التفعيل من أجل تحسين تحولات فعالة والتي يمكنها توليد جزيئات معقدة. لكن سيكون المجال البحثي والحاسم بشكل كبير هو التعرف على التحولات المهمة وتفاعليات جديدة. إنه بالتحديد ما يصبو إليه المجتمع العلمي.
(*) الامتثال الانتقائي Enantioselectivity : عندما يتم اصطناع مركب كيميائي غير متناظر (يملك ذرة كربون مرتبطة بأربعة مستبدلات مختلفة) سوف يكون هناك احتمال تشكل مركبين كيميائيين (امتثاليينEnantiomers ) يملكان نفس الصيغة العامة لكن يختلفان بالهندسة الجزيئية له (توزع الذرات فراغياً)، لذا يسعى الكيميائيون لأن يطغى أحد المركبين على الآخر برفع نسبة تشكل أحدهما على الآخر، كون أحد الشكلين هو الموافق للتطبيق الذي اصطنع من أجله والآخر غير فعال.
المصدر:
Everyday Chemistry – Organocatalysis: The opportunities and challenges. (n.d.). Everyday Chemistry. Retrieved August 24, 2014, from http://humantouchofchemistry.com/organocatalysis-the-opportunities-and-challenges.htm
