Реакцию кросс-сочетания в органической химии представляет собой реакцию , где два фрагмента соединены вместе с помощью металлического катализатора . В одном важном типе реакции металлоорганическое соединение основной группы типа RM (R = органический фрагмент, M = центр основной группы) реагирует с органическим галогенидом типа R'-X с образованием новой углерод-углеродной связи в продукт R-R '. [1] [2] [3] Реакция кросс-сочетания - это подмножество реакций сочетания . Часто используется в арилировании .
Ричард Ф. Хек , Эй-ичи Негиши и Акира Судзуки были удостоены Нобелевской премии по химии 2010 года за разработку реакций кросс-сочетания, катализируемых палладием . [4] [5]
Механизм
Механизм обычно включает восстановительные ликвидации органических заместителей R и R «на металлический комплексе типа L н MR (R») (где L представляет некоторый произвольный зритель лиганд ). Ключевой промежуточный продукт L n MR (R ') образуется в двухстадийном процессе из предшественника L n с низкой валентностью . Окислительное присоединение из органического галогенида (RX) к L н М дает L п MR (X). Впоследствии второй партнер подвергается трансметаллированию с источником R ' - . Последней стадией является восстановительное удаление 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 отщеплению бета-гидрида . [6]
Катализаторы
Катализаторы часто основаны на палладии, который часто выбирают из-за высокой толерантности к функциональным группам . Органопалладиевые 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 разработаны. [8]
Катализаторы на основе меди также широко распространены, особенно для сочетания, включающего связи гетероатома-C. [9] [10]
Были исследованы катализаторы на основе железа [11], кобальта [12] и никеля [13] .
Выход из группы
Уходящая группа X в органическом партнере, как правило, галид , хотя трифлат , тозилат и другой псевдогалоид были использован. Хлориды - идеальная группа из-за низкой стоимости хлорорганических соединений. Однако часто связи C – Cl слишком инертны, и для приемлемых скоростей требуются уходящие группы бромида или йодида . Металлом основной группы в металлоорганическом партнере обычно является электроположительный элемент, такой как олово , цинк , кремний или бор .
Углеродно-углеродная кросс-связь
Многие перекрестные связи влекут за собой образование углерод-углеродных связей.
Реакция | Год | Реагент А | Реагент B | Катализатор | Замечание | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Муфта Кадио – Ходкевича | 1957 г. | RCCH | зр | RC≡CX | зр | Cu | требуется база |
Муфта Кастро – Стивенса | 1963 г. | RCCH | зр | Ar-X | sp 2 | Cu | |
Кори – Хаус синтез | 1967 | R 2 CuLi или RMgX | sp 3 | RX | sp 2 , sp 3 | Cu | Версия с медным катализатором, Kochi , 1971 г. |
Муфта Кумада | 1972 г. | Ar-MgBr | sp 2 , sp 3 | Ar-X | sp 2 | Pd или Ni или Fe | |
Чертовски реакция | 1972 г. | алкен | sp 2 | Ar-X | sp 2 | Pd или Ni | требуется база |
Муфта Соногашира | 1975 г. | RCCH | зр | RX | sp 3 sp 2 | Pd и Cu | требуется база |
Муфта Негиши | 1977 г. | R-Zn-X | sp 3 , sp 2 , sp | RX | sp 3 sp 2 | Pd или Ni | |
Кросс-сцепление | 1978 г. | R-SnR 3 | sp 3 , sp 2 , sp | RX | sp 3 sp 2 | Pd или Ni | |
Сузуки реакция | 1979 г. | РБ (ИЛИ) 2 | sp 2 | RX | sp 3 sp 2 | Pd или Ni | требуется база |
Муфта Мурахаши [14] | 1979 г. | Р-Ли | sp 2 , sp 3 | RX | sp 2 | Pd или Ru | |
Муфта Хияма | 1988 г. | R-SiR 3 | sp 2 | RX | sp 3 sp 2 | Pd | требуется база |
Муфта Фукуяма | 1998 г. | R-Zn-I | sp 3 | RCO (SEt) | sp 2 | Pd или Ni | см. соединение Либескинда-Срогля, дает кетоны |
Муфта Либескинда – Срогля | 2000 г. | РБ (ИЛИ) 2 | sp 3 , sp 2 | RCO (SEt) Ar-SMe | sp 2 | Pd | требует 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 :
( Уравнение 1 )
Реакция | Год | Реагент А | Реагент B | Катализатор | Замечание | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Реакция типа Ульмана | АрО-ММ, АрНХ 2 , РС-М, НЦ-М | sp 3 | Ar-X (X = OAr, N (H) Ar, SR, CN) | sp 2 | Cu | ||
Муфта Чана – Лама [15] | Ар-Б (ИЛИ) 2 | sp 2 | Ar-NH 2 | sp 2 | Cu | ||
Реакция Бухвальда – Хартвига [16] | 1994 г. | R 2 N-H | sp 3 | RX | sp 2 | Pd | NC-соединение, свободный амин второго поколения |
Разные реакции
Один метод катализируемых палладием реакций кросс-сочетания арилгалогенидов с фторированными аренами был описан Кейт Фагноу и соавторами. Он необычен тем, что включает функционализацию C – H на электронодефицитном арене. [17]
Приложения
Реакции перекрестного связывания важны для производства фармацевтических препаратов [3], примерами которых являются 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. DOI : 10.1039 / c1cs15088j . PMID 21731956 .
- Инь; Либшер, Юрген (2007). «Реакции углерод-углеродного взаимодействия, катализируемые гетерогенными палладиевыми катализаторами». Химические обзоры . 107 (1): 133–173. DOI : 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 по реакции» . Химические обзоры . 111 (3): 1417–1492. DOI : 10.1021 / cr100327p . PMC 3075866 . PMID 21319862 .
- Мольнар, Арпад (2011). «Эффективные, селективные и повторно используемые палладиевые катализаторы в реакциях углерод-углеродного взаимодействия». Химические обзоры . 111 (3): 2251–2320. DOI : 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 . DOI : 10.1021 / cr00039a007 .
- Рогланс, Анна; Пла-Кинтана, Анна; Морено-Маньяс, Марсиаль (2006). «Диазониевые соли в качестве субстратов в реакциях перекрестного взаимодействия, катализируемых палладием». Химические обзоры . 106 (11): 4622–4643. DOI : 10.1021 / cr0509861 . PMID 17091930 . S2CID 8128630 .
Рекомендации
- ^ Органический синтез с использованием переходных металлов стержня Бейтса ISBN 978-1-84127-107-1
- ^ Новые тенденции в перекрестной связи: теория и приложения Томас Колакот (редактор) 2014 ISBN 978-1-84973-896-5
- ^ а б Кинг, АО; 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. DOI : 10.1007 / b94551 . ISBN 978-3-540-01603-8.
- ^ «Нобелевская премия по химии 2010 года - Ричард Ф. Хек, Эй-ичи Негиши, Акира Судзуки» . NobelPrize.org. 2010-10-06 . Проверено 6 октября 2010 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Йоханссон Зеечурн, Карин СС; 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. DOI : 10.1002 / anie.201107017 . PMID 22573393 . S2CID 20582425 .
- ^ а б Хартвиг, Дж. Ф. Химия органических переходных металлов, от связывания до катализа; Научные книги университета: Нью-Йорк, 2010. ISBN 1-891389-53-X
- ^ Тайер, Энн (2005-09-05). «Удаление примесей» . Новости химии и машиностроения . Проверено 11 декабря 2015 .
- ^ Инь, Л .; Либшер, Дж. (2007). «Реакции углерод-углеродного взаимодействия, катализируемые гетерогенными палладиевыми катализаторами». Химические обзоры . 107 (1): 133–173. DOI : 10.1021 / cr0505674 . PMID 17212474 . S2CID 36974481 .
- ^ Корбе, Жан-Пьер; Миньяни, Жерар (2006). «Избранные запатентованные технологии реакции перекрестного связывания». Химические обзоры . 106 (7): 2651–2710. DOI : 10.1021 / cr0505268 . PMID 16836296 .
- ^ 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. DOI : 10.1021 / cr8002505 . PMID 18698737 .
- ^ Робин Б. Бедфорд (2015). «Насколько низко идет железо? Погоня за активными видами в реакциях поперечного взаимодействия, катализируемых железом». В соотв. Chem. Res . 48 (5): 1485–1493. DOI : 10.1021 / acs.accounts.5b00042 . PMID 25916260 .
- ^ Cahiez, GéRard; Moyeux, Альбан (2010). «Катализируемые кобальтом реакции поперечной связи». Химические обзоры . 110 (3): 1435–1462. DOI : 10.1021 / cr9000786 . PMID 20148539 .
- ^ Розен, Брэд М .; Quasdorf, Kyle W .; Wilson, Daniella A .; Чжан, На; Ресмерита, Ана-Мария; Гарг, Нил К .; Персек, Вергилий (2011). «Катализированные никелем перекрестные связи с участием углерод-кислородных связей» . Химические обзоры . 111 (3): 1346–1416. DOI : 10.1021 / cr100259t . PMC 3055945 . PMID 21133429 .
- ^ 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. DOI : 10.1021 / jo01328a016 . ISSN 0022-3263 .
- ^ Дженнифер X. Цяо; Патрик Ю.С. Лам (2011). "Последние достижения в реакции связывания Чана-Лама: реакции кросс-связывания с бороновыми кислотами и производными с промотированными медью С-гетероатомными связями". В Деннисе Г. Холле (ред.). Бороновые кислоты: получение и применение в органическом синтезе, медицине и материалах . Wiley-VCH. С. 315–361. DOI : 10.1002 / 9783527639328.ch6 . ISBN 9783527639328.
- ^ Ruiz-Castillo, P .; Бухвальд, SL (2016). "Применение катализируемых палладием реакций перекрестной связи C – N" . Химические обзоры . 116 (19): 12564–12649. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.6b00512 . PMC 5070552 . PMID 27689804 .
- ^ М. Лафранс; CN Rowley; TK Woo; К. Фагну (2006). «Каталитическое межмолекулярное прямое арилирование перфторбензолов». Варенье. Chem. Soc. 128 (27): 8754–8756. CiteSeerX 10.1.1.631.607 . DOI : 10.1021 / ja062509l . PMID 16819868 .
- ^ Корнилс, мальчик; Бёрнер, Армин; Франке, Роберт; Чжан, Баосинь; Вибус, Эрнст; Шмид, Клаус (2017). «Гидроформилирование». Прикладной гомогенный катализ металлоорганическими соединениями . С. 23–90. DOI : 10.1002 / 9783527651733.ch2 . ISBN 9783527328970.