Реакция кросс-сочетания - Cross-coupling reaction

А реакция кросс-сочетания в органическая химия это реакция, при которой два фрагмента соединяются с помощью металлического катализатор. При одном важном типе реакции основная группа металлоорганическое соединение типа R-M (R = органический фрагмент, M = центр основной группы) реагирует с органическим галогенидом типа R'-X с образованием нового углерод-углеродная связь в произведении R-R '.[1][2][3] Реакции кросс-сочетания являются подмножеством реакции сочетания. Часто используется в арилаты.

Ричард Ф. Хек, Эй-ичи Негиси, и Акира Сузуки были награждены 2010 Нобелевская премия по химии для развития реакции кросс-сочетания, катализируемые палладием.[4][5]

Механизм

Предлагаемый механизм Муфта Кумада (L = Лиганд, Ar = Арил ).

В механизм обычно включает восстановительное отщепление органических заместителей R и R 'на металлическом комплексе типа LпMR (R ') (где L - произвольный зрительский лиганд ). Решающее промежуточное звено LпMR (R ') образуется в двухстадийном процессе из низковалентного предшественника Lп. В окислительная добавка из органический галогенид (RX) в LпM дает LпMR (X). Впоследствии второй партнер проходит трансметалляция с источником R '−. Последний шаг - восстановительное устранение двух связывающих фрагментов для регенерации катализатора и получения органического продукта. Ненасыщенные органические группы легче соединяются, отчасти потому, что они легко складываются. Промежуточные продукты также менее склонны к устранение бета-гидрида.[6]

Катализаторы

Предлагаемый механизм Муфта Соногашира.

Катализаторы часто основаны на палладии, который часто выбирают из-за высокой функциональная группа толерантность. Органопалладий соединения обычно устойчивы к воде и воздуху. Палладиевые катализаторы могут быть проблематичными для фармацевтической промышленности, которая требует обширного регулирования в отношении тяжелых металлов. Многие химики-фармацевты пытаются использовать реакции сочетания на ранних этапах производства, чтобы минимизировать следы металлов в продукте.[7] Гетерогенные катализаторы на основе Pd также хорошо развиты.[8]

Катализаторы на основе меди также широко распространены, особенно для сочетания с участием гетероатом-С-связей.[9][10]

Утюг-,[11] кобальт-,[12] и никель на основе никеля.[13] катализаторы исследованы.

Выход из группы

В уходящая группа X в органическом партнере обычно галогенид, несмотря на то что тройной, тозилат и другие псевдогалогенид был использован. Хлориды - идеальная группа из-за низкой стоимости хлорорганических соединений. Однако часто связи C – Cl слишком инертны и бромид или же йодид уходящие группы требуются для приемлемых ставок. Металл основной группы в металлоорганическом партнере обычно представляет собой электроположительный элемент, такой как банка, цинк, кремний или бор.

Углерод-углеродная кросс-связь

Многие перекрестные связи влекут за собой образование углерод-углеродных связей.

РеакцияГодРеагент АРеагент BКатализаторЗамечание
Муфта Кадио – Ходкевича1957RCCHзрRC≡CXзрCuтребуется база
Муфта Кастро – Стивенса1963RCCHзрAr-Xзр2Cu
Кори – Хаус синтез1967р2CuLi или RMgXзр3R-Xзр2, sp3CuВерсия с медным катализатором от Кочи, 1971
Муфта Кумада1972Ar-MgBrзр2, sp3Ar-Xзр2Pd или Ni или Fe
Чертовски реакция1972алкензр2Ar-Xзр2Pd или Niтребуется база
Муфта Соногашира1975RCCHзрR-Xзр3 зр2Pd и Cuтребуется база
Муфта Негиши1977R-Zn-Xзр3, sp2, spR-Xзр3 зр2Pd или Ni
Кросс-муфта Стилла1978R-SnR3зр3, sp2, spR-Xзр3 зр2Pd
Сузуки реакция1979R-B (ИЛИ)2зр2R-Xзр3 зр2Pd или Niтребуется база
Муфта Мурахаши[14]1979Р-Лизр2, sp3R-Xзр2Pd или Ru
Муфта Хияма1988R-SiR3зр2R-Xзр3 зр2Pdтребуется база
Муфта Фукуяма1998R-Zn-Iзр3RCO (SEt)зр2Pd или Niсм. соединение Либескинда-Срогля, дает кетоны
Муфта Либескинда – Срогля2000R-B (ИЛИ)2зр3, sp2RCO (SEt) Ar-SMeзр2Pdтребует CuTC, дает кетоны

Связь углерод – гетероатом

Многие перекрестные связи влекут за собой образование связей углерод – гетероатом (гетероатом = S, N, O). Популярным методом является Реакция Бухвальда – Хартвига:

Реакция Бухвальда – Хартвига.

 

 

 

 

(Уравнение 1)

РеакцияГодРеагент АРеагент BКатализаторЗамечание
Реакция типа УльманаArO-MM, ArNH2, РС-М, НЦ-Мзр3Ar-X (X = OAr, N (H) Ar, SR, CN)зр2Cu
Муфта Чана – Лама[15]Ar-B (OR)2зр2Ar-NH2зр2Cu
Реакция Бухвальда – Хартвига[16]1994р2N-Hзр3R-Xзр2PdМуфта N-C,
свободный амин второго поколения

Разные реакции

Один метод катализируемых палладием реакций кросс-сочетания арилгалогениды с фторированными аренами сообщили Кейт Фагну и коллеги. Это необычно тем, что предполагает C – H функционализация загар электронодефицитный арена.[17]

Фторареновая муфта

Приложения

Реакции кросс-сочетания важны для производства фармацевтических препаратов,[3] примеры монтелукаст, элетриптан, напроксен, варениклин, и ресвератрол.[18] Таким способом также получают некоторые полимеры и мономеры.[6]

Отзывы

  • Фортман, Джордж С .; Нолан, Стивен П. (2011). «N-Гетероциклические карбеновые (NHC) лиганды и палладий в гомогенном катализе кросс-сочетания: идеальное соединение». Обзоры химического общества. 40 (10): 5151–69. Дои:10.1039 / c1cs15088j. PMID  21731956.
  • Инь; Либшер, Юрген (2007). «Реакции углерод-углеродного взаимодействия, катализируемые гетерогенными палладиевыми катализаторами». Химические обзоры. 107 (1): 133–173. Дои:10.1021 / cr0505674. PMID  17212474. S2CID  36974481.
  • Джана, Ранджан; Pathak, Tejas P .; Сигман, Мэтью С. (2011). «Достижения в реакциях перекрестного связывания, катализируемых переходными металлами (Pd, Ni, Fe), с использованием алкилорганических соединений в качестве партнеров реакции». Химические обзоры. 111 (3): 1417–1492. Дои:10.1021 / cr100327p. ЧВК  3075866. PMID  21319862.
  • Мольнар, Арпад (2011). «Эффективные, селективные и повторно используемые палладиевые катализаторы в реакциях углерод-углеродного взаимодействия». Химические обзоры. 111 (3): 2251–2320. Дои:10.1021 / cr100355b. PMID  21391571.
  • Мияура, Норио; Сузуки, Акира (1995). "Катализируемые палладием реакции перекрестного связывания борорганических соединений". Химические обзоры. 95 (7): 2457–2483. CiteSeerX  10.1.1.735.7660. Дои:10.1021 / cr00039a007.
  • Рогланс, Анна; Пла-Кинтана, Анна; Морено-Маньяс, Марсиаль (2006). «Диазониевые соли как субстраты в реакциях перекрестного взаимодействия, катализируемых палладием». Химические обзоры. 106 (11): 4622–4643. Дои:10.1021 / cr0509861. PMID  17091930. S2CID  8128630.

Рекомендации

  1. ^ Органический синтез с использованием переходных металлов Род Бейтс ISBN  978-1-84127-107-1
  2. ^ Новые тенденции в перекрестной связи: теория и приложения Томас Колакот (редактор) 2014 ISBN  978-1-84973-896-5
  3. ^ а б King, A.O .; Ясуда, Н. (2004). «Катализируемые палладием реакции перекрестного связывания в синтезе фармацевтических препаратов». Металлоорганические соединения в технологической химии. Разделы металлоорганической химии. 6. Гейдельберг: Springer. С. 205–245. Дои:10.1007 / b94551. ISBN  978-3-540-01603-8.
  4. ^ «Нобелевская премия по химии 2010 года - Ричард Ф. Хек, Эй-ичи Негиши, Акира Судзуки». NobelPrize.org. 2010-10-06. Получено 2010-10-06.
  5. ^ Johansson Seechurn, Carin C.C .; Китчинг, Мэтью О .; Colacot, Thomas J .; Снецкус, Виктор (2012). «Перекрестное взаимодействие, катализируемое палладием: историческая контекстная перспектива Нобелевской премии 2010 года». Angewandte Chemie International Edition. 51 (21): 5062–5085. Дои:10.1002 / anie.201107017. PMID  22573393. S2CID  20582425.
  6. ^ а б Хартвиг, Дж. Ф. Химия органических переходных металлов, от связывания до катализа; Научные книги университета: Нью-Йорк, 2010. ISBN  1-891389-53-X
  7. ^ Тайер, Энн (2005-09-05). «Удаление примесей». Новости химии и машиностроения. Получено 2015-12-11.
  8. ^ Инь, Л .; Либшер, Дж. (2007). «Реакции углерод-углеродного взаимодействия, катализируемые гетерогенными палладиевыми катализаторами». Химические обзоры. 107 (1): 133–173. Дои:10.1021 / cr0505674. PMID  17212474. S2CID  36974481.
  9. ^ Корбе, Жан-Пьер; Миньяни, Жерар (2006). «Избранные запатентованные технологии реакции перекрестного связывания». Химические обзоры. 106 (7): 2651–2710. Дои:10.1021 / cr0505268. PMID  16836296.
  10. ^ Эвано, Гвилхерм; Бланшар, Николас; Туми, Матье (2008). «Медь-опосредованные реакции связывания и их применение в натуральных продуктах и ​​синтезе разработанных биомолекул». Химические обзоры. 108 (8): 3054–3131. Дои:10.1021 / cr8002505. PMID  18698737.
  11. ^ Робин Б. Бедфорд (2015). «Насколько низко идет железо? Погоня за активными видами в реакциях поперечного взаимодействия, катализируемых железом». Соотв. Chem. Res. 48 (5): 1485–1493. Дои:10.1021 / acs.accounts.5b00042. PMID  25916260.
  12. ^ Cahiez, GéRard; Moyeux, Альбан (2010). «Катализируемые кобальтом реакции перекрестной связи». Химические обзоры. 110 (3): 1435–1462. Дои:10.1021 / cr9000786. PMID  20148539.
  13. ^ Розен, Брэд М .; Quasdorf, Kyle W .; Wilson, Daniella A .; Чжан, На; Ресмерита, Ана-Мария; Гарг, Нил К .; Персек, Вергилий (2011). «Катализированные никелем перекрестные связи, содержащие углерод-кислородные связи». Химические обзоры. 111 (3): 1346–1416. Дои:10.1021 / cr100259t. ЧВК  3055945. PMID  21133429.
  14. ^ Мурахаши, Шуничи; Ямамура, Масааки; Янагисава, Кеничи; Мита, Нобуаки; Кондо, Каору (1979). «Стереоселективный синтез алкенов и алкенилсульфидов из алкенилгалогенидов с использованием палладиевых и рутениевых катализаторов». Журнал органической химии. 44 (14): 2408–2417. Дои:10.1021 / jo01328a016. ISSN  0022-3263.
  15. ^ Дженнифер X. Цяо; Патрик Ю.С. Лам (2011). "Последние достижения в реакции связывания Чана-Лама: реакции кросс-связывания С-гетероатомной связи с медью с бороновыми кислотами и производными". В Деннисе Г. Холле (ред.). Бороновые кислоты: получение и применение в органическом синтезе, медицине и материалах. Wiley-VCH. С. 315–361. Дои:10.1002 / 9783527639328.ch6. ISBN  9783527639328.
  16. ^ Ruiz-Castillo, P .; Бухвальд, С. Л. (2016). «Применение катализируемых палладием реакций кросс-связывания C – N». Химические обзоры. 116 (19): 12564–12649. Дои:10.1021 / acs.chemrev.6b00512. ЧВК  5070552. PMID  27689804.
  17. ^ М. Лафранс; К. Н. Роули; Т. К. Ву; К. Фагну (2006). «Каталитическое межмолекулярное прямое арилирование перфторбензолов». Варенье. Chem. Soc. 128 (27): 8754–8756. CiteSeerX  10.1.1.631.607. Дои:10.1021 / ja062509l. PMID  16819868.
  18. ^ Корнилс, мальчик; Бёрнер, Армин; Франке, Роберт; Чжан, Баосинь; Вибус, Эрнст; Шмид, Клаус (2017). «Гидроформилирование». Прикладной гомогенный катализ металлоорганическими соединениями. С. 23–90. Дои:10.1002 / 9783527651733.ch2. ISBN  9783527328970.