Hiyama spojka - Hiyama coupling - Wikipedia

Hiyama spojka
Pojmenoval podleTamejiro Hiyama
Typ reakceVazební reakce
Identifikátory
Portál organické chemiehiyama-spojka
RSC ontologické IDRXNO: 0000193

The Hiyama spojka je palladium -katalyzovaný křížová vazebná reakce z organosilany s organické halogenidy použito v organická chemie tvořit vazby uhlík-uhlík (C-C vazby). Tuto reakci objevil v roce 1988 Tamejiro Hiyama a Yasuo Hatanaka jako metoda syntetického vytváření vazeb uhlík-uhlík chemoterapie - a regioselektivita.[1] Hiyama vazba byla použita pro syntézu různých přírodní produkty.[2]

  • : aryl, alkenyl nebo alkinyl
  • : aryl, alkenyl, alkinyl nebo alkyl
  • : Cl, F nebo alkyl
  • : Cl, Br, I nebo OTf

Historie reakcí

Spojka Hiyama byla vyvinuta pro boj s problémy spojenými s jinými organokovový činidla. Počáteční reaktivita organokřemíku nebyla ve skutečnosti poprvé hlášena Hiyamou, protože Kumada ohlásil kopulační reakci s použitím organofluorosilikátů[3] je uvedeno níže. Hiyama poté zjistil, že organosilany mají reaktivitu, když jsou aktivovány zdrojem fluoridu.[4][5] Tato reaktivita v kombinaci se solí palladia vytváří vazbu uhlík-uhlík s elektrofilním uhlíkem, jako je organický halogenid. Ve srovnání s inherentními problémy dobře používaných organokovových činidel, jako je organomagnesium (Grignardovy reagencie ) a organokopír činidla, která jsou velmi reaktivní a je o nich známo, že mají nízkou chemoselektivitu, natolik, aby zničila funkční skupiny na obou vazebných partnerech, jsou organokřemičité sloučeniny neaktivní. Další organokovová činidla používající kovy, jako např zinek, cín, a bór, snížit problém s reaktivitou, ale mají další problémy spojené s každým činidlem. Organozinek činidla jsou citlivá na vlhkost, organický cín sloučeniny jsou toxické a organoboron činidla nejsou snadno dostupná, jsou drahá a často nejsou stabilní. Organosilany jsou snadno dostupné sloučeniny, které po aktivaci (podobně jako sloučeniny organotinu nebo organoboru) z fluoridu nebo báze mohou reagovat s organohalidy za vzniku C-C vazeb chemo- a regioselektivním způsobem. Reakce, která byla poprvé uvedena, byla použita ke spojení snadno vyrobeného (a aktivovaného) organokřemíku nukleofily a organohalogenidy (elektrofily ) v přítomnosti palladiového katalyzátoru.[1] Od tohoto objevu byly různé skupiny prováděny s cílem rozšířit rozsah této reakce a „opravit“ problémy s touto první kopulací, jako je potřeba aktivace organosilanu fluoridem.

Silikátový vazební precedens pro vývoj spojky Hiyama[3]

Mechanismus

Organosilan je aktivován pomocí fluorid (jako nějaký druh soli jako např TBAF nebo ÚLOHA ) nebo základna pro vytvoření a pětimocný křemíkové centrum, které je labilní natolik, aby bylo možné rozbít vazbu C-Si během transmetalačního kroku.[6] Obecné schéma pro vytvoření tohoto klíčového meziproduktu je uvedeno níže. K tomuto kroku dochází in situ nebo současně s katalytickým cyklem v reakci.

Hiyama intermediate.svg

Mechanismus spojky Hiyama sleduje katalytický cyklus, včetně A) oxidační přísada krok, ve kterém organický halogenid přidává k palladiu oxidující kov z palladia (0) na palladium (II); a B) transmetalace krok, ve kterém je vazba C-Si přerušena a druhý uhlíkový fragment je vázán na centrum palladia; a nakonec C) a redukční eliminace krok, ve kterém se vytvoří vazba C-C a palladium se vrátí do stavu nulové valence, aby znovu zahájil cyklus.[7] The katalytický cyklus je zobrazen níže.

Katalytický cyklus Hiyamovy vazby

Rozsah a omezení

Rozsah

Hiyamovu spojku lze použít na tvorbu Csp2-Csp2 (např. aryl –Aryl) vazby stejně jako Csp2-Csp3 (např. aryl -alkyl ) vazby. Dobré syntetické výtěžky jsou dosaženy spojkami arylhalogenidy, vinylhalogenidy, a allylický halogenidy a organo jodidy poskytnout nejlepší výnosy. Rozsah této reakce byl rozšířen o uzavření středních kruhů pomocí Scott E. Dánsko.[8]

Spojení Hiyama jako reakce uzavření kruhu. Všimněte si, že místo zobrazeného 10karbonového kruhu bude 8 karbonatomový kruh. (Viz příspěvek)
Spojení Hiyama jako reakce uzavření kruhu[8]

Rovněž bylo provedeno spojení alkylhalogenidů s organo-halosilany jako alternativními organosilany. Organochlorsilany umožňují kondenzaci s arylchloridy, které jsou hojné a obecně ekonomičtější než aryljodidy.[9] Niklový katalyzátor umožňuje přístup k nové reaktivitě organotrifluorosilanů, jak uvádí GC Fu et al.[10] Sekundární alkylhalogenidy jsou spojeny s arylsilany[11] s dobrými výtěžky pomocí této reakce.

Spojení Hiyama katalyzované niklem, jak objevili GC Fu a kol.

Omezení

Hiyamova vazba je omezena potřebou fluoridu za účelem aktivace organokřemičitého činidla. Přidání fluoridu štěpí všechny skupiny chránící křemík (např. silyl ethery[12]), které se často používají v organické syntéze. Fluoridový iont je také zásaditý, takže přídavkem tohoto aktivátoru mohou být ovlivněny chránící skupiny citlivé na bázi, kyselé protony a funkční skupiny. Většina aktivního výzkumu týkajícího se této reakce zahrnuje obcházení tohoto problému. K překonání tohoto problému mnoho skupin zkoumalo použití dalších základních aditiv pro aktivaci nebo použití jiného organosilanového činidla dohromady, což vedlo k mnohonásobným variacím původní Hiyamaho vazby.

Variace

Jedna modifikace Hiyamovy vazby využívá silacyklobutanový kruh a zdroj fluoridu, který je hydratován, jak je uvedeno níže.[13] To napodobuje použití alkoxysilanu / organosilanolu spíše než použití alkylsilanu. Mechanismus této reakce pomocí zdroje fluoridu umožňoval návrh budoucích reakcí, které by se mohly vyhnout použití zdroje fluoridu.

Navrhovaný přechodný stav dánské Hiyamovy vazby silacyklobutanů[13]

Spojky Hiyama bez fluoru

Bylo vyvinuto mnoho modifikací Hiyama vazby, které zabraňují použití fluoridového aktivátoru / báze. Pomocí organochlorosilanů našel Hiyama spojovací schéma využívající NaOH jako základní aktivátor.[14] Byly hlášeny úpravy používající alkoxysilany s použitím mírnějších bází, jako je NaOH [15] a dokonce i voda.[16] Studium těchto mechanismů vedlo k vývoji propojení Hiyama - Dánsko, které využívá organosilanoly jako spojovací partneři.

Spojení Hiyama podporované NaOH[14]


Další třída spojek Hiyama bez fluoridů zahrnuje použití a Lewisova kyselina aditivum, které umožňuje báze jako K.3PO4[17] být použit, nebo aby reakce probíhala bez zásadité přísady.[18][19] Přidání a měď Bylo rovněž popsáno, že kokatalyzátor umožňuje použití mírnějšího aktivačního činidla[17] a bylo dokonce prokázáno, že dostává obrat ve kterém je obrat palladia (II) i mědi (I) v katalytickém cyklu spíše než přidání stechiometrický Lewisova kyselina (např. Stříbro (I),[18] měď (I)[19]).

Hiyama vazba s měděným ko-katalyzátorem[17]

Spojka Hiyama – Dánsko

Hiyama – Dánsko
Pojmenoval podleTamejiro Hiyama
Scott E. Dánsko
Typ reakceVazební reakce
Identifikátory
Portál organické chemiehiyama-denamrk-spojka

The Hiyama – Dánsko je modifikace Hiyamovy kopulace, která nevyžaduje fluoridové aditivum k využití organosilanolů a organických halogenidů jako vazebných partnerů. Obecné reakční schéma je uvedeno níže, což ukazuje využití a Brønsted základna jako aktivační činidlo na rozdíl od fluoridu, fosfinové ligandy jsou také použity na kovovém středu.[2]

Obecné schéma spojení Hiyama – Dánsko

Specifický příklad této reakce je uveden u činidel. Pokud by byl použit fluorid, jako v původním protokolu Hiyama, pak tert-butyldimethylsilyl (TBS) ether pravděpodobně by byl zničen.[20]

Příklad silanolové vazby bez fluoridových přísad[20]

Spojovací mechanismus Hiyama – Dánsko

Zkoumání mechanismu této reakce naznačuje, že k aktivaci přidání organosilanu do centra palladia je zapotřebí pouze tvorba silonátu. Přítomnost pětimocného křemíku není nutná a kinetický analýza ukázala, že tato reakce má závislost prvního řádu na koncentraci silonátu.[2] To je způsobeno vytvářením klíčové vazby, vazbou Pd-O během transmetalačního kroku, která pak umožňuje přenos uhlíkového fragmentu do středu palladia. Na základě tohoto pozorování se zdá, že krokem omezujícím rychlost v tomto katalytickém cyklu je tvorba vazby Pd-O, ve které zvýšené koncentrace silonátu zvyšují rychlost této reakce (což svědčí o rychlejších reakcích).

Hiyama-Denmark Cycle Equation.svg
Katalytický cyklus spojky Hiyama – Dánsko

Viz také

externí odkazy

Reference

  1. ^ A b Hatanaka, Y .; Hiyama, T. (1988). „Křížová vazba organosilanů s organickými halogenidy zprostředkovaná palladiovým katalyzátorem a tris (diethylamino) sulfonium difluorotrimethylsilikátem“. Journal of Organic Chemistry. 53 (4): 918–920. doi:10.1021 / jo00239a056.
  2. ^ A b C Denmark, S.E .; Regens, C. S. (2008). „Křížové vazebné reakce organosilanolů a jejich solí katalyzované palladiem: praktické alternativy k metodám založeným na boru a cínu“. Účty chemického výzkumu. 41 (11): 1486–1499. doi:10.1021 / ar800037p. PMC  2648401. PMID  18681465.
  3. ^ A b Yoshida, J .; Tamao, K .; Yamamoto, H .; Kakui, T .; Uchida, T .; Kumada, M. (1982), "Organofluorosilikáty v organické syntéze. 14. Tvorba vazby uhlík-uhlík podporovaná solemi palladia", Organometallics, 1 (3): 542–549, doi:10.1021 / om00063a025
  4. ^ Hiyama, T .; Obayashi, M .; Mori, I .; Nozaki, H. (1983), „Generování silylových aniontů bez kovů z disilanů a fluoridového katalyzátoru. Syntetické reakce s aldehydy a 1,3-dieny“, The Journal of Organic Chemistry, 48 (6): 912–914, doi:10.1021 / jo00154a043
  5. ^ Fujita, M .; Hiyama, T. (1988), „Erythro-direktivní redukce a-substituovaných alkanonů pomocí hydrosilanů v kyselém prostředí“, The Journal of Organic Chemistry, 53 (23): 5415–5421, doi:10.1021 / jo00258a004
  6. ^ Hiyama, T. (2002), „Jak jsem narazil na křemíkovou křížovou vazebnou reakci“, Journal of Organometallic Chemistry, 653 (1–2): 58–61, doi:10.1016 / s0022-328x (02) 01157-9
  7. ^ Miyaura, N .; Suzuki, A. (1995), „Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organoboron Compounds“, Chemické recenze, 95 (7): 2457–2483, CiteSeerX  10.1.1.735.7660, doi:10.1021 / cr00039a007
  8. ^ A b Denmark, S.E .; Yang, S.-M. (2002), "Intramolekulární křemíkové křížové vazebné reakce: Obecná syntéza prstenů střední velikosti obsahujících 1,3-cis-cis dienovou jednotku", Journal of the American Chemical Society, 124 (10): 2102–2103, doi:10.1021 / ja0178158, PMID  11878949
  9. ^ Gouda, K.-i .; Hagiwara, E .; Hatanaka, Y .; Hiyama, T. (1996), „Cross-Coupling Reactions of Aryl Chlorides with Organochlorosilanes: Highly Effect Methods for Arylation or Alkenylation of Aryl Chlorides“, The Journal of Organic Chemistry, 61 (21): 7232–7233, doi:10.1021 / jo9611172, PMID  11667637
  10. ^ Powell, D. A .; Fu, G. C. (2004), „Niklové katalyzované křížové vazby organokřemičitých činidel s neaktivními sekundárními alkylbromidy“, Journal of the American Chemical Society, 126 (25): 7788–7789, doi:10.1021 / ja047433c, PMID  15212521
  11. ^ Strotman, N. A .; Sommer, S .; Fu, G. C. (2007), „Hiyama Reakce aktivovaných a neaktivovaných sekundárních alkylhalogenidů katalyzovaných komplexem nikl / norefedrin“, Angewandte Chemie International Edition, 46 (19): 3556–3558, doi:10.1002 / anie.200700440, PMID  17444579
  12. ^ Greene, T. W .; Wuts, P. G. M. Ochranné skupiny v organické syntéze, 3. vydání .; John Wiley & Sons: New York, 1991. ISBN  0471160199
  13. ^ A b Denmark, S.E .; Wehrli, D .; Choi, J. Y. (2000), „Konvergence mechanických cest v palladiu (0) - katalyzovaná křížová vazba alkenylsilacyklobutanů a alkenylsilanolů“, Organické dopisy, 2 (16): 2491–2494, doi:10.1021 / ol006170y, PMID  10956529
  14. ^ A b Hagiwara, E .; Gouda, K.-i .; Hatanaka, Y .; Hiyama, T. (1997), „NaOH podporované křížové vazebné reakce organokřemičitých sloučenin s organickými halogenidy: praktické cesty k biarylům, alkenylarenům a konjugovaným dienům“, Čtyřstěn dopisy, 38 (3): 439–442, doi:10.1016 / s0040-4039 (96) 02320-9
  15. ^ Shi, S .; Zhang, Y. (2007), „Pd (OAc) 2-katalyzované křížové vazebné reakce arylsiloxanů bez aluoridů s arylbromidy ve vodném prostředí“, The Journal of Organic Chemistry, 72 (15): 5927–5930, doi:10.1021 / jo070855v, PMID  17585827
  16. ^ Wolf, C .; Lerebours, R. (2004), „Křížové vazebné reakce arylsiloxanů s arylchloridy a bromidy ve vodě na katalyzované kyselinou fosforitou na NaOH“, Organické dopisy, 6 (7): 1147–1150, doi:10.1021 / ol049851s, PMID  15040744
  17. ^ A b C Nakao, Y .; Takeda, M .; Matsumoto, T .; Hiyama, T. (2010), „Cross-Coupling Reactions through the Intramolecular Activation of Alkyl (triorgano) silanes“, Angewandte Chemie, 122 (26): 4549–4552, doi:10,1002 / ange.201000816
  18. ^ A b Hirabayashi, K .; Mori, A .; Kawashima, J .; Suguro, M .; Nishihara, Y .; Hiyama, T. (2000), „Palladium-Catalyzed Cross-Coupling of Silanols, Silanediols, and Silanetriols Promated by Silver (I) Oxide“, The Journal of Organic Chemistry, 65 (17): 5342–5349, doi:10.1021 / jo000679p, PMID  10993364
  19. ^ A b Nishihara, Y .; Ikegashira, K .; Hirabayashi, K .; Ando, ​​J.-i .; Mori, A .; Hiyama, T. (2000), „Coupling Reactions of Alkynylsilanes Mediated by a Cu (I) Salt: New Syntheses of Conjugate Diynes and Disubstited Ethynes“, The Journal of Organic Chemistry, 65 (6): 1780–1787, doi:10.1021 / jo991686k, PMID  10814151
  20. ^ A b Denmark, S.E .; Smith, R. C .; Chang, W.-T. T .; Muhuhi, J. M. (2009), „Cross-Coupling Reactions of Aromatic and Heteroaromatic Silanolates with Aromatic and Heteroaromatic Halides“, Journal of the American Chemical Society, 131 (8): 3104–3118, doi:10.1021 / ja8091449, PMC  2765516, PMID  19199785