Křížová vazebná reakce - Cross-coupling reaction

A křížová vazebná reakce v organická chemie je reakce, při které jsou dva fragmenty spojeny dohromady pomocí kovu katalyzátor. V jednom důležitém typu reakce hlavní skupina organokovová sloučenina typu R-M (R = organický fragment, M = střed hlavní skupiny) reaguje s organickým halogenidem typu R'-X s tvorbou nového vazba uhlík-uhlík ve výrobku R-R '.[1][2][3] Křížová vazebná reakce je podmnožinou vazebné reakce. Často se používá v arylace.

Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, a Akira Suzuki byly oceněny v roce 2010 Nobelova cena za chemii pro vývoj křížové vazebné reakce katalyzované palladiem.[4][5]

Mechanismus

Mechanismus navržený pro Spojka Kumada (L = Ligand, Ar = Aryl ).

The mechanismus obecně zahrnuje redukční eliminaci organických substituentů R a R 'na kovovém komplexu typu LnMR (R ') (kde L je libovolné divácký ligand ). Rozhodující meziprodukt LnMR (R ') se tvoří ve dvoukrokovém procesu z nízkovalenčního prekurzoru Ln. The oxidační přísada z organický halogenid (RX) do LnM dává LnMR (X). Následně podstoupí druhý partner transmetalace se zdrojem R '−. Posledním krokem je redukční eliminace dvou vazebných fragmentů k regeneraci katalyzátoru a získání organického produktu. Nenasycené organické skupiny se zčásti snáze spojí, protože se snadno přidávají. Meziprodukty jsou také méně náchylné k eliminace beta-hydridu.[6]

Katalyzátory

Mechanismus navržený pro Sonogashira spojka.

Katalyzátory jsou často založeny na palladiu, které je často vybíráno kvůli vysokému obsahu funkční skupina tolerance. Organopalladium sloučeniny jsou obecně stabilní vůči vodě a vzduchu. Palladiové katalyzátory mohou být problematické pro farmaceutický průmysl, který čelí rozsáhlé regulaci týkající se těžkých kovů. Mnoho farmaceutických chemiků se pokouší použít vazebné reakce na začátku výroby, aby se minimalizovaly stopy kovů ve výrobku.[7] Heterogenní katalyzátory založené na Pd jsou také dobře vyvinuté.[8]

Katalyzátory na bázi mědi jsou také běžné, zejména pro kondenzaci zahrnující vazby heteroatom-C.[9][10]

Žehlička-,[11] kobalt-,[12] a nikl na bázi niklu.[13] katalyzátory byly zkoumány.

Opouštíme skupiny

The opouštějící skupina X v organickém partnerovi je obvykle a halogenid, Ačkoli triflate, tosylát a další pseudohalogenid bylo použito. Chlorid je ideální skupina kvůli nízké ceně organochlorových sloučenin. Často jsou však vazby C – Cl příliš inertní a bromid nebo jodid odcházející skupiny jsou vyžadovány za přijatelné ceny. Hlavní kov skupiny v organokovovém partnerovi je obvykle elektropozitivní prvek, jako je cín, zinek, křemík, nebo bór.

Křížová vazba uhlík-uhlík

Mnoho křížových vazeb znamená vytváření vazeb uhlík-uhlík.

ReakceRokReaktant AReaktant BKatalyzátorPoznámka
Spojka Cadiot – Chodkiewicz1957RC≡CHspRC≡CXspCuvyžaduje základnu
Spojka Castro – Stephens1963RC≡CHspAr-Xsp2Cu
Corey – House syntéza1967R2CuLi nebo RMgXsp3R-Xsp2, sp3CuCu katalyzovaná verze od Koči, 1971
Spojka Kumada1972Ar-MgBrsp2, sp3Ar-Xsp2Pd nebo Ni nebo Fe
Heck reakce1972alkensp2Ar-Xsp2Pd nebo Nivyžaduje základnu
Sonogashira spojka1975RC≡CHspR-Xsp3 sp2Pd a Cuvyžaduje základnu
Spojka Negishi1977R-Zn-Xsp3, sp2, spR-Xsp3 sp2Pd nebo Ni
Křížová spojka Stille1978R-SnR3sp3, sp2, spR-Xsp3 sp2Pd
Suzukiho reakce1979R-B (NEBO)2sp2R-Xsp3 sp2Pd nebo Nivyžaduje základnu
Murahashi spojka[14]1979R-Lisp2, sp3R-Xsp2Pd nebo Ru
Hiyama spojka1988R-SiR3sp2R-Xsp3 sp2Pdvyžaduje základnu
Spojka Fukuyama1998R-Zn-Isp3RCO (SEt)sp2Pd nebo Niviz spojka Liebeskind – Srogl, dává ketony
Spojka Liebeskind – Srogl2000R-B (NEBO)2sp3, sp2RCO (SEt) Ar-SMesp2Pdvyžaduje CuTC, dává ketony

Vazba uhlík-heteroatom

Mnoho křížových vazeb znamená vytváření vazeb uhlík-heteroatom (heteroatom = S, N, O). Populární metodou je Reakce Buchwald-Hartwig:

Reakce Buchwald-Hartwig

 

 

 

 

(Rovnice 1)

ReakceRokReaktant AReaktant BKatalyzátorPoznámka
Reakce typu UllmannArO-MM, ArNH2, RS-M, NC-Msp3Ar-X (X = OAr, N (H) Ar, SR, CN)sp2Cu
Spojka Chan – Lam[15]Ar-B (OR)2sp2Ar-NH2sp2Cu
Reakce Buchwald-Hartwig[16]1994R2N-Hsp3R-Xsp2PdSpojka N-C,
druhá generace volného aminu

Různé reakce

Jedna metoda pro křížové vazebné reakce katalyzované palladiem arylhalogenidy s fluorovanými areny bylo hlášeno Keith Fagnou a spolupracovníky. Je to neobvyklé v tom, že to zahrnuje C – H funkcionalizace opálení nedostatek elektronů arene.[17]

Spojení fluoroarenem

Aplikace

Křížové vazebné reakce jsou důležité pro výrobu léčiv,[3] příklady jsou montelukast, eletriptan, naproxen, vareniklin, a resveratrol.[18] Některé polymery a monomery se také připravují tímto způsobem.[6]

Recenze

  • Fortman, George C .; Nolan, Steven P. (2011). „N-Heterocyklický karben (NHC) ligandy a palladium v ​​homogenní křížové vazebné katalýze: dokonalé spojení“. Recenze chemické společnosti. 40 (10): 5151–69. doi:10.1039 / c1cs15088j. PMID  21731956.
  • Yin; Liebscher, Jürgen (2007). „Spojovací reakce uhlík-uhlík katalyzované heterogenními katalyzátory palladia“. Chemické recenze. 107 (1): 133–173. doi:10.1021 / cr0505674. PMID  17212474. S2CID  36974481.
  • Jana, Ranjan; Pathak, Tejas P .; Sigman, Matthew S. (2011). „Pokroky v křížových vazebných reakcích katalyzovaných přechodovým kovem (Pd, Ni, Fe) s využitím alkyl-organokovových látek jako reakčních partnerů“. Chemické recenze. 111 (3): 1417–1492. doi:10.1021 / cr100327p. PMC  3075866. PMID  21319862.
  • Molnár, Árpád (2011). „Efektivní, selektivní a recyklovatelné katalyzátory palladia při vazebných reakcích uhlík-uhlík“. Chemické recenze. 111 (3): 2251–2320. doi:10.1021 / cr100355b. PMID  21391571.
  • Miyaura, Norio; Suzuki, Akira (1995). „Křížové vazebné reakce organoboronových sloučenin katalyzované palladiem“. Chemické recenze. 95 (7): 2457–2483. CiteSeerX  10.1.1.735.7660. doi:10.1021 / cr00039a007.
  • Roglans, Anna; Pla-Quintana, Anna; Moreno-Mañas, Marcial (2006). „Diazoniové soli jako substráty při křížových vazebných reakcích katalyzovaných palladiem“. Chemické recenze. 106 (11): 4622–4643. doi:10.1021 / cr0509861. PMID  17091930. S2CID  8128630.

Reference

  1. ^ Organická syntéza s využitím přechodových kovů Rod Bates ISBN  978-1-84127-107-1
  2. ^ Nové trendy v křížové vazbě: teorie a aplikace Thomas Colacot (redaktor) 2014 ISBN  978-1-84973-896-5
  3. ^ A b King, A. O .; Yasuda, N. (2004). „Křížové vazebné reakce katalyzované palladiem při syntéze léčiv“. Organometallics in Process Chemistry. Témata v organokovové chemii. 6. Heidelberg: Springer. str. 205–245. doi:10.1007 / b94551. ISBN  978-3-540-01603-8.
  4. ^ „Nobelova cena za chemii 2010 - Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki“. NobelPrize.org. 06.10.2010. Citováno 2010-10-06.
  5. ^ Johansson Seechurn, Carin C. C .; Kitching, Matthew O .; Colacot, Thomas J .; Snieckus, Victor (2012). „Křížová vazba katalyzovaná palladiem: historická kontextuální perspektiva Nobelovy ceny za rok 2010“. Angewandte Chemie International Edition. 51 (21): 5062–5085. doi:10,1002 / anie.201107017. PMID  22573393. S2CID  20582425.
  6. ^ A b Hartwig, J. F. Organotransition Metal Chemistry, od Bonding to Catalysis; University Science Books: New York, 2010. ISBN  1-891389-53-X
  7. ^ Thayer, Ann (05.09.2005). „Odstranění nečistot“. Chemické a technické novinky. Citováno 2015-12-11.
  8. ^ Yin, L .; Liebscher, J. (2007). „Spojovací reakce uhlík-uhlík katalyzované heterogenními katalyzátory palladia“. Chemické recenze. 107 (1): 133–173. doi:10.1021 / cr0505674. PMID  17212474. S2CID  36974481.
  9. ^ Corbet, Jean-Pierre; Mignani, Gérard (2006). "Vybrané patentované technologie křížové vazební reakce". Chemické recenze. 106 (7): 2651–2710. doi:10.1021 / cr0505268. PMID  16836296.
  10. ^ Evano, Gwilherm; Blanchard, Nicolas; Toumi, Mathieu (2008). „Copper-Media Coupling Reactions and their Applications in Natural Products and Designed Biomolecules Synthesis“. Chemické recenze. 108 (8): 3054–3131. doi:10.1021 / cr8002505. PMID  18698737.
  11. ^ Robin B. Bedford (2015). „How Low goes Iron? Chasing the Active Species in Fe-Catalyzed Cross-Coupling Reactions“. Acc. Chem. Res. 48 (5): 1485–1493. doi:10.1021 / acs.accounts.5b00042. PMID  25916260.
  12. ^ Cahiez, GéRard; Moyeux, Alban (2010). „Křížově vazebné reakce katalyzované kobaltem“. Chemické recenze. 110 (3): 1435–1462. doi:10.1021 / cr9000786. PMID  20148539.
  13. ^ Rosen, Brad M .; Quasdorf, Kyle W .; Wilson, Daniella A .; Zhang, Na; Resmerita, Ana-Maria; Garg, Neil K .; Percec, Virgil (2011). „Nikl katalyzované křížové vazby zahrnující vazby uhlík-kyslík“. Chemické recenze. 111 (3): 1346–1416. doi:10.1021 / cr100259t. PMC  3055945. PMID  21133429.
  14. ^ Murahashi, Shunichi; Yamamura, Masaaki; Yanagisawa, Kenichi; Mita, Nobuaki; Kondo, Kaoru (1979). „Stereoselektivní syntéza alkenů a alkenylsulfidů z alkenylhalogenidů za použití palladiových a rutheniových katalyzátorů“. The Journal of Organic Chemistry. 44 (14): 2408–2417. doi:10.1021 / jo01328a016. ISSN  0022-3263.
  15. ^ Jennifer X. Qiao; Patrick Y.S. Lam (2011). „Nedávné pokroky v Chan – Lam vazebné reakci: Měď podporované křížové vazebné reakce C – Heteroatom Bond Bond s kyselinami boritými a deriváty“. V Dennis G. Hall (ed.). Kyseliny borité: Příprava a aplikace v organické syntéze, medicíně a materiálech. Wiley-VCH. 315–361. doi:10.1002 / 9783527639328.ch6. ISBN  9783527639328.
  16. ^ Ruiz-Castillo, P .; Buchwald, S.L. (2016). „Aplikace křížových vazebných reakcí C – N katalyzovaných palladiem“. Chemické recenze. 116 (19): 12564–12649. doi:10.1021 / acs.chemrev.6b00512. PMC  5070552. PMID  27689804.
  17. ^ M. Lafrance; C. N. Rowley; T. K. Woo; K. Fagnou (2006). "Katalytická intermolekulární přímá arylace perfluorobenzenů". J. Am. Chem. Soc. 128 (27): 8754–8756. CiteSeerX  10.1.1.631.607. doi:10.1021 / ja062509l. PMID  16819868.
  18. ^ Cornils, Boy; Börner, Armin; Franke, Robert; Zhang, Baoxin; Wiebus, Ernst; Schmid, Klaus (2017). "Hydroformylace". Aplikovaná homogenní katalýza s organokovovými sloučeninami. 23–90. doi:10.1002 / 9783527651733.ch2. ISBN  9783527328970.