חומצות לואיס כזרזים בסינתזה אורגנית: מנגנוני הפעלה, מדדי חוזק, סלקטיביות ויישומים

חומצות לואיס כזרזים בסינתזה אורגנית: מנגנוני הפעלה, מדדי חוזק, סלקטיביות ויישומים

מבוא 1
מן ההגדרה של לואיס אל פעולת הזרז 1
ההגדרה ויחסה להגדרת ברונסטד 1
אופן ההפעלה: הורדת המסלול הריק ומה שמעבר לה 2
כימות החומציות: מדדים ניסיוניים וחישוביים 3
מדדי תהודה מגנטית גרעינית 3
זיקת פלואוריד וחומצות לואיס-על 3
קשה ורך: התאמה בין חומצה לבסיס 4
סלקטיביות וקטליזה אסימטרית 4
קומפלקסים כיראליים והשליטה בכיוון התקיפה 4
סלקטיביות שאינה אנטיומרית 5
משפחות היישום המרכזיות 5
תגובת דילס-אלדר 5
אלקילציה ואצילציה של ארומטים 5
תגובת מוקאיאמה-אלדול 6
רדוקציות והידרוסיליליציה 6
התפתחויות עדכניות 7
זוגות לואיס מתוסכלים 7
חומצות לואיס של יסודות זמינים ושל בורון 7
קטליזה קואופרטיבית 8
סיכום 8
רשימת מקורות 9

מבוא

חומצת לואיס מוגדרת כמין כימי המסוגל לקבל זוג אלקטרונים ולהיקשר לבסיס לואיס, שהוא תורם זוג אלקטרונים. הגדרה זו רחבה בהרבה מהגדרת החומצה של ברונסטד, שכן היא אינה מחייבת נוכחות של פרוטון, והיא מקיפה יונים מתכתיים, תרכובות בורון ואלומיניום, הלידים של יסודות כבדים ואף מינים קטיוניים של פחמן וסיליקון (‎Jensen‎, ‎1978‎). דווקא רוחב ההגדרה הוא שהפך אותה למסגרת עבודה מרכזית בכימיה האורגנית הסינתטית: מגוון עצום של טרנספורמציות, מציקלואדיציה ועד רדוקציה, מתנהל בפועל דרך קשר קואורדינטיבי זמני בין זרז חומצי לבין אתר עשיר באלקטרונים בסובסטרט (‎Corma‎ & ‎García‎, ‎2003‎).

העניין בזרזים מסוג זה נובע משילוב של יעילות ושליטה. מצד אחד, קשירה של חומצת לואיס לקבוצה קרבונילית או להטרואטום אחר מאיצה תגובות בסדרי גודל אחדים ומאפשרת לבצע אותן בטמפרטורות נמוכות (‎Vermeeren‎ ‎et‎ ‎al‎., ‎2020‎). מצד שני, סביבת הליגנדים סביב המרכז החומצי ניתנת לתכנון, ולכן אפשר להטות באמצעותה את הסלקטיביות המרחבית והאנטיומרית של התגובה, וזהו הבסיס לענף שלם של קטליזה אסימטרית (‎Corey‎, ‎2002‎; ‎Johnson‎ & ‎Evans‎, ‎2000‎).

סקירה זו עוקבת אחר ארבעה צירים בספרות. תחילה נדונים היסודות המושגיים, כלומר ההגדרה עצמה והשאלה כיצד בדיוק פועלת חומצת לואיס על הסובסטרט; לאחר מכן נבחנים המדדים הניסיוניים והחישוביים לכימות החומציות; בהמשך נדונות הסלקטיביות והקטליזה האסימטרית; לאחר מכן נסקרות משפחות היישום המרכזיות; ולבסוף נבחנות ההתפתחויות של שני העשורים האחרונים, ובהן זוגות לואיס מתוסכלים, חומצות לואיס המבוססות על יסודות זמינים וזולים, וקטליזה קואופרטיבית.