الهدرجة الأمينية

في الكيمياء العضوية ، يُعرف تفاعل الهدرجة الأمينية بأنه إضافة رابطة N-H في الأمين إلى رابطة كربون-كربون متعددة في الألكين ، أو الألكاين ، أو الدايين ، أو الألين . ^{[ 1 ]} في الحالة المثالية، يُعدّ تفاعل الهدرجة الأمينية موفرًا للذرات وصديقًا للبيئة ؛ [ 2 ^{] ويمكن استخدام} نواتج هذا التفاعل على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية الدقيقة، والصيدلانية، والزراعية. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} تحدث تفاعلات الهدرجة الأمينية تلقائيًا فقط للألكينات المحبة للإلكترونات وبعض الدايينات، ولكنها تُعرف بأسماء أخرى (مثل تفاعل إضافة مايكل )؛ ويُستخدم مصطلح "الهدرجة الأمينية" عادةً في الحالات التي يتطلب فيها التفاعل وجود عامل مساعد. ومع ذلك، فإنّ للهدرجة الأمينية قيمة صناعية محدودة.

يمكن استخدام عملية الهدرجة الأمينية داخل الجزيء لإنشاء مركبات حلقية غير متجانسة أو بين الجزيئات مع أمين منفصل ومركب غير مشبع .

• 
  تفاعلات الهدرجة الأمينية بين الجزيئات النموذجية.
• 
  أمثلة على تفاعلات الهدرجة الأمينية داخل الجزيء.

تُعرف إضافة الهيدروجين ومجموعة أمينية (NR₂ ₎ باستخدام كواشف أخرى غير الأمين HNR₂ _بتفاعل "الهدرجة الأمينية الشكلية". ورغم أن مزايا اقتصاد الذرات و/أو سهولة توفر مصدر النيتروجين تتضاءل نتيجةً لذلك، إلا أن القوة الدافعة الديناميكية الحرارية الأكبر، بالإضافة إلى إمكانية ضبط كاشف الأمينة، تُعدّ مفيدةً للغاية. وقد ذُكر أن إسترات الهيدروكسيل أمين ^{[ 6 ]} والنيتروأرينات ^{[ 7 ]} تُستخدم كمصادر للنيتروجين بدلاً من الأمين.

طُوِّرت عملية الهدرجة الأمينية لأول مرة لإنتاج العطور من الميرسين . في هذه العملية، يُضاف ثنائي إيثيل أمين عبر مجموعة الديين البديلة، ويُحفَّز التفاعل بواسطة ثنائي إيثيل أميد الليثيوم. [8] وقد أبلغ توبين ج. ماركس عن عمليات الهدرجة الأمينية داخل الجزيء في عام 1989 باستخدام الميتالوسين المشتق من معادن الأرض النادرة مثل اللانثانوم واللوتيتيوم والساماريوم ^{. وارتبطت معدلات} التحفيز عكسيًا بنصف القطر الأيوني للمعدن ، ربما نتيجة للتداخل الفراغي من الروابط . [ 9 ] وفي ^{عام 1992 ،} طوّر ماركس أول محفزات هدرجة أمينية كيرالية باستخدام مساعد كيرالي، وكانت هذه أول محفزات هدرجة أمينية تُفضِّل متصاوغًا فراغيًا واحدًا فقط . واستُخدمت المساعدات الكيرالية على روابط الميتالوسين لتحديد الكيمياء الفراغية للمنتج. ^{[ 10 ]} تم الإبلاغ عن أول محفزات كيرالية غير ميتالوسينية في عام 2003، واستخدمت روابط ثنائية أريل أميدو وأمينوفينولات لإعطاء انتقائية فراغية أعلى . ^{[ 11 ]}

لا تحدث عملية الهدرجة الأمينية تلقائيًا، بل تتطلب عاملًا مساعدًا. ^{[ 12 ] [ 13 ]} ومع ذلك، فهي متعادلة حراريًا تقريبًا. يتميز هذا التفاعل بحاجز طاقة كبير: إذ يتنافر الزوج الإلكتروني الحر لذرة النيتروجين مع الرابطة المتعددة الغنية بالإلكترونات بين ذرتي الكربون، كما أن تفاعلات الإضافة (باستثناء الحالة داخل الجزيء) غير مفضلة إنتروبيًا بطبيعتها . ^{[ 14 ] [ 15 ]} لا تُعد عملية الأمينة الجذرية تفاعلًا متسلسلًا ، لأن انتزاع الهيدروجين من الأمين إلى ذرة الكربون غير مفضل ديناميكيًا حراريًا. ^{[ 16 ]}

حظيت تفاعلات الهدرجة الأمينية باهتمام بحثي أكاديمي واسع النطاق، نظرًا لكفاءتها الذرية واستخدامها لمواد أولية شائعة ورخيصة. كما أن استراتيجيات الهدرجة الأمينية المباشرة قادرة من حيث المبدأ على تقصير العديد من بروتوكولات التخليق بشكل كبير. ^{[ 17 ]} ونتيجة لذلك، أصبح بالإمكان إجراء الهدرجة الأمينية في العديد من الحالات المختلفة باستخدام المحفز المناسب. تشمل الأمينات التي دُرست الأمينات الأولية والثانوية والحلقية وغير الحلقية وأمينات الأنيلين ذات البدائل الفراغية والإلكترونية المتنوعة . أما الركائز غير المشبعة فتشمل الألكينات والديينات والألكاينات والألينات. تحدث التفاعلات داخل الجزيء وبين الجزيئات. ^{[ 13 ]} يُفضل عمومًا إضافة ماركوفنيكوف ، ولكن توجد بعض الأدوات للتحكم في الانتقائية الموضعية للإضافة. ^{[ 18 ]}

تم الإبلاغ عن العديد من تركيبات المعادن والروابط التي تحفز عملية الهدرجة الأمينية، ويمكن تقسيمها تقريبًا إلى ثلاث فئات.

درجات الحموضة القصوى

في أبسط الحالات، تحفز الأحماض والقواعد القوية من نوع برونستد عملية الهدرجة الأمينية. ^{[ 16 ] [ 19 ]} ومن الأمثلة على ذلك إيثيل البيبيريدين باستخدام الإيثين : ^{[ 20 ]}

تتفاعل هذه التفاعلات ذات الرقم الهيدروجيني المتطرف بشكل جيد مع الإيثين، لكن الألكينات الأعلى تكون أقل تفاعلاً.

المعادن ذات التنسيق الضعيف

بدلاً من ذلك، تحفز أحماض لويس ذات التنسيق الضعيف التفاعل أيضاً. وتشمل هذه الأحماض أملاح الفلزات القلوية ^{[ 13 ]} ، والفلزات القلوية الترابية ^{[ 21 ]} ، والفلزات الأرضية النادرة ^{[ 22 ]} ، والفلزات الانتقالية المبكرة منخفضة التكافؤ (مثل التيتانيوم والزركونيوم ) ^{[ 12 ]} ، بالإضافة إلى البزموت ^{[ 23 ]} ، وربما بعض معقدات الأكتينيدات . كما أظهرت الزيوليتات فائدة في تفاعلات الهدرجة الأمينية. ^{[ 13 ]}

لقد دُرست آلية تفاعلات الهدرجة الأمينية هذه دراسةً وافية. [ 13 ^{] أولًا ،} يُنشَّط العامل الحفاز عن طريق تبادل الأميد، مُولِّدًا العامل الحفاز النشط (i). ثانيًا، يندمج الألكين في الرابطة Ln-N (ii). ^{[ 22 ]} أخيرًا، يحدث تحلل بروتوني مُولِّدًا الناتج الحلقي، مع إعادة توليد العامل الحفاز النشط في الوقت نفسه (iii). ^{[ 24 ]}

مركبات الفلزات الانتقالية المتأخرة

تُتيح مُركّبات الفلزات الانتقالية المتأخرة (مثل الروثينيوم والبلاديوم) ^{[ 16 ] [ 25 ] [ 19 ]} وفلزات المجموعة 13 مثل الألومنيوم ^{[ 26 ]} والإنديوم ^{[ 27 ]} تحكمًا كبيرًا في الانتقائية الموضعية والستيريوية للتفاعل. على سبيل المثال، تم الإبلاغ عن مُنتج أليل أمين حركي نادر وذو قيمة تركيبية عالية عند إضافة مجموعة أمينية إلى الألين . استخدم أحد الأنظمة درجة حرارة 80 درجة مئوية مع مُحفز الروديوم ومشتقات الأنيلين كأمين. ^{[ 28 ]} بينما استخدم النظام الآخر المُبلغ عنه مُحفز البلاديوم عند درجة حرارة الغرفة مع مجموعة واسعة من الأمينات الحلقية وغير الحلقية الأولية والثانوية. ^{[ 29 ]} وقد أنتج كلا النظامين أمينات الأليل المطلوبة بنسبة عالية. 

بشكل عام، تتعدد مسارات تفاعل الهدرجة الأمينية باستخدام معقدات الفلزات الانتقالية المتأخرة، وذلك تبعًا للخطوة المحددة للانتقائية الموضعية. وتتمثل الفئات الأربع الرئيسية في: (1) الهجوم النيوكليوفيلي على الألكين أو الألكاين أو رابطة الأليل، و(2) إدخال الألكين في الرابطة بين الفلز والأميد. ^{[ 13 ]} تظهر دورات التحفيز العامة أدناه.

لا توجد تطبيقات صناعية معروفة لعملية الهدرجة الأمينية، ولكن تم إجراء عمليات تصنيع المنتجات الصناعية باستخدام الهدرجة الأمينية في الأوساط الأكاديمية.

استُخدمت عملية الهدرجة الأمينية لتخليق دواء سيناريزين المضاد للغثيان بكمية وفيرة. ^{[ 29 ]}

يُعدّ تفاعل الهدرجة الأمينية واعدًا أيضًا لتخليق القلويدات ، كما هو الحال في التخليق الكلي لـ (-)-إبيميرتين. ^{[ 30 ]}

• الأكسدة الأمينية - تفاعل الأمونيا مع الألكينات لإنتاج النتريلات
• الأمينة المحبة للإلكترونات - تفاعل معكوس القطبية 
• الهيدروبورات
• الهدرجة السيليكونية
• ترطيب (الأوليفين)
• التحلل المائي الوظيفي

 تتضمن هذه المقالة نصًا من تأليف ديفيد مايكل باربر متاح بموجب ترخيص CC BY 2.5 .