Che cos'è l'organocatalisi?

Ci sono numerosi vantaggi nell'uso di organocatalizzatori nelle sintesi chirali. Gli organocatalizzatori tendono ad essere molecole relativamente semplici e robuste, poco costose e facilmente disponibili. Gli organocatalizzatori possono essere personalizzati per essere efficienti nella creazione di enantiomeri specifici. Poiché sono privi di metallo, sono in genere meno tossici e creano meno rifiuti pericolosi per la pulizia. Le condizioni di reazione richieste per l'organocatalisi tendono ad essere meno estreme per quanto riguarda la temperatura/pressione e gli organocatalizzatori sono meno sensibili all'aria e all'umidità rispetto, ad esempio, ai catalizzatori organometallici. Pertanto, l'organocatalisi è molto promettente per il raggiungimento di una chimica sostenibile. Gli organocatalizzatori sono molto utili per eseguire sintesi difficili o impossibili da eseguire con altri mezzi. Sebbene i catalizzatori enzimatici siano altamente attivi, efficienti e selettivi, tendono ad avere una portata limitata e favoriscono la formazione di un enantiomero, il che potrebbe non essere accettabile.

Per quanto riguarda gli svantaggi, gli organocatalizzatori non sono efficienti o attivi come la catalisi enzimatica. Ciò significa che i carichi del catalizzatore devono essere molto più elevati, le reazioni tendono ad essere più lente e ci sono problemi associati al work-up per separare i prodotti dal catalizzatore. Pertanto, il ridimensionamento delle reazioni basate sull'organocatalisi per applicazioni industriali può essere impegnativo. Inoltre, gli organocatalizzatori sono meno efficienti dei catalizzatori organometallici quando la chimica richiede l'attivazione di legami inerti, come nella funzionalizzazione C-H. È importante notare che, accelerati da una maggiore ricerca nel campo della chimica verde, sono in corso sforzi significativi nell'uso di metalli abbondanti sulla terra come il ferro per sostituire i metalli di transizione più tossici o costosi, mitigando così in qualche modo uno dei vantaggi dell'organocatalisi.

L'applicazione dell'organocatalisi sta crescendo in modo esponenziale a causa dei suoi vantaggi intrinseci. Parte della ragione di questa crescita è il risultato diretto di una comprensione approfondita della cinetica, dei meccanismi e dei percorsi di questi processi catalitici. Con l'aumento dell'enfasi posta sulle applicazioni industriali dell'organocatalisi, vi è una crescente necessità di informazioni relative allo scale-up e all'ottimizzazione delle condizioni di reazione.

L'acquisizione di dati di alta qualità per queste misurazioni richiede un controllo preciso e accurato dei parametri/variabili fondamentali della reazione, tra cui temperatura, pressione, velocità di dosaggio del reagente e velocità di agitazione. I reattori chimici automatizzati EasyMax™ e OptiMax™ sono utilizzati nei laboratori accademici e industriali per questo scopo. La capacità di EasyMax è stata recentemente ampliata per consentire un controllo preciso di temperature fino a -90 °C, estendendo così lo spazio di progettazione per i processi catalitici in generale. Inoltre, EasyMax può essere dotato di capacità calorimetrica (EasyMax HFCal) per misurare le proprietà termodinamiche di reazione e per considerazioni di sicurezza.

La garanzia fornita da un controllo superiore del reattore facilita la fiducia nell'accuratezza della misurazione delle specie di reazione che includono reagenti, reagenti, specie di catalizzatori, intermedi transitori e impurità di sottoprodotti. Gli esperimenti ricchi di dati derivanti dal monitoraggio in situ e in tempo reale di queste specie di reazione accelerano lo sviluppo di parametri cinetici e il supporto per i meccanismi di reazione proposti, compresi i cicli catalitici. Come dimostrato nella letteratura chimica, la spettroscopia FTIR e Raman in situ e in tempo reale sono metodi ben collaudati per una comprensione approfondita delle reazioni catalitiche. ReactIR™ e ReactRaman sono progettati specificamente per l'analisi™ delle reazioni chimiche e sono dotati di una gamma di sonde a inserzione e celle di flusso che gestiscono l'ampio intervallo di temperatura e pressione spesso richiesto per le indagini sulle reazioni catalitiche.

Quando è richiesta l'analisi mediante cromatografia, EasySampler™ è una tecnologia di campionamento automatizzata per l'acquisizione, l'estinzione e la diluizione in linea dei campioni di reazione. Questa tecnologia consente di recuperare i campioni in condizioni di reazione, eliminando i problemi associati al campionamento manuale di sostanze chimiche eseguito a temperature, pressioni e/o reazioni sensibili all'aria difficili. Per l'analisi HPLC online, DirectInject-LC™ può essere utilizzato per la comprensione quasi in tempo reale della reazione e della cristallizzazione. Il campionamento e l'iniezione di reazioni rapide completamente automatizzati trasformano l'HPLC in una nuova potente tecnologia per il monitoraggio delle reazioni online. 

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