Реакция кросс-сочетания
В органической химии реакция кросс-сочетания — это реакция , в которой соединяются два разных фрагмента. Кросс-сочетания представляют собой подмножество более общих реакций сочетания. Часто реакции кросс-сочетания требуют металлических катализаторов . Одним из важных типов реакций является следующий:
- R-M + R'-X → R-R' + MX (R, R' = органические фрагменты, обычно арил ; M = центр основной группы, такой как Li или MgX; X = галогенид )
Эти реакции используются для образования связей углерод-углерод , а также связей углерод-гетероатом. [1] [2] [3] [4] Реакция кросс-сочетания представляет собой подмножество реакций сочетания .
Ричард Ф. Хек , Эйичи Негиши и Акира Судзуки были удостоены Нобелевской премии по химии 2010 года за разработку реакций сочетания, катализируемых палладием. [5] [6]
Механизм
[ редактировать ]Существует множество механизмов, отражающих множество типов кросс-сочетаний, в том числе тех, которые не требуют металлических катализаторов. [7] Однако часто кросс-сочетание относится к катализируемой металлом реакции нуклеофильного партнера с электрофильным партнером.
В таких случаях механизм обычно включает восстановительное удаление RR' из L n MR(R') (L = лиганд-спектатор ). Этот промежуточный продукт L n MR(R') образуется в двухстадийном процессе из предшественника L n M с низкой валентностью . Окислительное присоединение органического галогенида (RX) к L n M дает L n MR(X). В дальнейшем второй партнер подвергается трансметаллированию с источником R'. − . Последним этапом является восстановительное устранение двух связывающих фрагментов для регенерации катализатора и получения органического продукта. Ненасыщенные субстраты, такие как C(sp)-X и C(sp 2 Связи )-X соединяются легче, отчасти потому, что они легко присоединяются к катализатору.
Катализаторы
[ редактировать ]
Катализаторы часто основаны на палладии, который часто выбирают из-за высокой толерантности к функциональным группам . Палладийорганические соединения обычно устойчивы к воде и воздуху. Палладиевые катализаторы могут быть проблематичными для фармацевтической промышленности, которая сталкивается с жестким регулированием в отношении тяжелых металлов. Многие фармацевтические химики пытаются использовать реакции сочетания на ранних стадиях производства, чтобы свести к минимуму следы металлов в продукте. [8] Гетерогенные катализаторы на основе Pd также хорошо разработаны. [9]
Катализаторы на основе меди также распространены, особенно для реакции с участием связей гетероатом-C. [10] [11]
Железо-, [12] кобальт-, [13] и на основе никеля [14] Катализаторы исследованы.
Выход из групп
[ редактировать ]X Уходящая группа в органическом партнере обычно представляет собой галогенид , хотя трифлат , тозилат , пивалатные эфиры и другие псевдогалогениды . использовались [15] Хлориды являются идеальной группой из-за низкой стоимости хлорорганических соединений. Однако часто связи C–Cl слишком инертны, и бромидные или йодидные для приемлемых скоростей требуются уходящие группы. Металлом основной группы в металлоорганическом партнере обычно является электроположительный элемент, такой как олово , цинк , кремний или бор .
Углерод-углеродное кросс-сочетание
[ редактировать ]Многие перекрестные связи влекут за собой образование связей углерод-углерод.
| Реакция | Год | Реагент А | Реагент Б | Катализатор | Примечание | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Связь Кадио – Ходкевича | 1957 | RC≡CH | сп | RC≡CX | сп | С | требуется база |
| Связь Кастро – Стивенса | 1963 | RC≡CH | сп | Ар-Х | сп 2 | С | |
| Синтез Кори – Хауса | 1967 | R 2 CuLi или RMgX | сп 3 | прием | сп 2 , сп 3 | С | Версия с медным катализатором , Кочи , 1971 г. |
| Ненавижу совокупление | 1972 | РМгБр | сп 2 , сп 3 | прием | сп 2 | Pd или Ni или Fe | |
| Черт возьми реакция | 1972 | алкен | сп 2 | Ар-Х | сп 2 | палладий или никель | требуется база |
| Муфта Соногашира | 1975 | ArC≡CH | сп | прием | сп 3 сп 2 | палладий и медь | требуется база |
| Муфта Негиши | 1977 | Р-Зн-Х | сп 3 , сп 2 , сп | прием | сп 3 сп 2 | палладий или никель | |
| Бесшумная перекрестная связь | 1978 | Р-СнР 3 | сп 3 , сп 2 , сп | прием | сп 3 сп 2 | палладий или никель | |
| Реакция Сузуки | 1979 | РБ(ОР) 2 | сп 2 | прием | сп 3 сп 2 | палладий или никель | требуется база |
| Муфта Мурахаши [16] | 1979 | Р-Ли | сп 2 , сп 3 | прием | сп 2 | ПД или Ру | |
| Хияма муфта | 1988 | Р-СиР 3 | сп 2 | прием | сп 3 сп 2 | ПД | требуется база |
| Муфта Фукуяма | 1998 | Р-Зн-Я | сп 3 | РКО(СЭт) | сп 2 | палладий или никель | см. соединение Либескинда-Срогля, дает кетоны. |
| Связь Либескинда – Шрогля | 2000 | РБ(ОР) 2 | сп 3 , сп 2 | РКО(СЭт)Ар-СМе | сп 2 | ПД | требует CuTC , дает кетоны |
| Перекрестная дегидрирующая связь | 2004 | относительной влажности | сп, сп 2 , сп 3 | Р'-Х | сп, сп 2 , сп 3 | Cu, Fe, Pd и т. д. | требует окислителя или дегидрирования |
| Декарбоксильное кросс-сочетание | 2000-е | Р-СО 2 Н | сп 2 | R'-X | сп, сп 2 | С, Пд | Практически не требует базы |
Ограничения на геометрию атомов углерода в основном препятствуют удалению β-гидрида при образовании комплекса с катализатором. [17]
Взаимодействие углерод-гетероатом
[ редактировать ]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 Б | Катализатор | Примечание | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Реакция типа Ульмана | 1905 | АрО-ММ, АрНХ 2 , РС-М, НК-М | сп 3 | Ar−X (X = OAr, N(H)Ar, SR, CN) | сп 2 | С | |
| Реакция Бухвальда-Хартвига [18] | 1994 | Р 2 Н-Н | сп 3 | прием | сп 2 | ПД | НЗ муфта, свободный амин второго поколения |
| Связь Чана – Лама [19] | 1998 | Ар-Б(ОР) 2 | сп 2 | Ар-NH 2 | сп 2 | С | |
Разные реакции
[ редактировать ]Палладий катализирует кросс-сочетание арилгалогенидов с фторированным ареном. Этот процесс необычен тем, что он включает функционализацию C – H на электронодефицитном арене. [20]
Приложения
[ редактировать ]Реакции кросс-сочетания важны для производства фармацевтических препаратов. [4] примерами являются монтелукаст , элетриптан , напроксен , варениклин и ресвератрол . [21] наиболее широко используется муфта Suzuki. [22] Таким же способом получают некоторые полимеры и мономеры. [23]
Отзывы
[ редактировать ]- Фортман, Джордж К.; Нолан, Стивен П. (2011). «N-Гетероциклические карбеновые (NHC) лиганды и палладий в гомогенном катализе кросс-сочетания: идеальный союз». Обзоры химического общества . 40 (10): 5151–69. дои : 10.1039/c1cs15088j . ПМИД 21731956 .
- Инь; Либшер, Юрген (2007). «Реакции углерод-углеродного взаимодействия, катализируемые гетерогенными палладиевыми катализаторами». Химические обзоры . 107 (1): 133–173. дои : 10.1021/cr0505674 . ПМИД 17212474 . S2CID 36974481 .
- Яна, Ранджан; Патак, Теджас П.; Сигман, Мэтью С. (2011). «Достижения в реакциях кросс-сочетания, катализируемых переходными металлами (Pd, Ni, Fe), с использованием алкилметаллорганических соединений в качестве партнеров реакции» . Химические обзоры . 111 (3): 1417–1492. дои : 10.1021/cr100327p . ПМК 3075866 . ПМИД 21319862 .
- Мольнар, Арпад (2011). «Эффективные, селективные и пригодные для вторичной переработки палладиевые катализаторы в реакциях углерод-углеродного сочетания». Химические обзоры . 111 (3): 2251–2320. дои : 10.1021/cr100355b . ПМИД 21391571 .
- Мияура, Норио ; Сузуки, Акира (1995). «Катализируемые палладием реакции кросс-сочетания 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, Марсьяль (2006). «Соли диазония как субстраты в реакциях кросс-сочетания, катализируемых палладием». Химические обзоры . 106 (11): 4622–4643. дои : 10.1021/cr0509861 . ПМИД 17091930 . S2CID 8128630 .
- Корч, Катерина М.; Уотсон, Дональд А. (2019). «Кросс-сочетание гетероатомных электрофилов» . Химические обзоры . 119 (13): 8192–8228. doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00628 . ПМК 6620169 . ПМИД 31184483 .
- Каье, Жерар; Хабс, Альбан (2010). «Реакции кросс-сочетания, катализируемые кобальтом». Химические обзоры . 110 (3): 1435–1462. дои : 10.1021/cr9000786 . ПМИД 20148539 .
- Йи, Хун; Чжан, Готин; Ван, Хуамин; Хуан, Чжиюань; Ван, Цзюэ; Сингх, Атул К.; Лей, Айвен (2017). «Последние достижения в области радикальной активации C – H/радикального кросс-сочетания». Химические обзоры . 117 (13): 9016–9085. doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00620 . ПМИД 28639787 .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Корч, Катерина М.; Уотсон, Дональд А. (2019). «Кросс-сочетание гетероатомных электрофилов» . Химические обзоры . 119 (13): 8192–8228. doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00628 . ПМК 6620169 . ПМИД 31184483 .
- ^ Корбе, Жан-Пьер; Миньяни, Жерар (2006). «Избранные запатентованные технологии реакций кросс-сочетания». Химические обзоры . 106 (7): 2651–2710. дои : 10.1021/cr0505268 . ПМИД 16836296 .
- ^ Новые тенденции в кросс-связи: теория и приложения Томас Колакот (редактор), 2014 г. ISBN 978-1-84973-896-5
- ^ Jump up to: а б Кинг, АО; Ясуда, Н. (2004). «Реакции кросс-сочетания, катализируемые палладием, в синтезе фармацевтических препаратов». Металлоорганические соединения в технологической химии . Темы металлоорганической химии. Том. 6. Гейдельберг: Шпрингер. стр. 205–245. дои : 10.1007/b94551 . ISBN 978-3-540-01603-8 .
- ^ «Нобелевская премия по химии 2010 года — Ричард Ф. Хек, Эйичи Негиси, Акира Судзуки» . Нобелевская премия.org. 06.10.2010 . Проверено 6 октября 2010 г.
- ^ Йоханссон Зеечерн, Карин СиСи; Китчинг, Мэтью О.; Колакот, Томас Дж.; Снекус, Виктор (2012). «Кросс-сочетание, катализируемое палладием: исторический контекстуальный взгляд на Нобелевскую премию 2010 года». Angewandte Chemie, международное издание . 51 (21): 5062–5085. дои : 10.1002/anie.201107017 . ПМИД 22573393 . S2CID 20582425 .
- ^ Сунь, Чан-Лян; Ши, Чжан-Цзе (2014). «Реакции сочетания без переходных металлов». Химические обзоры . 114 (18): 9219–9280. дои : 10.1021/cr400274j . ПМИД 25184859 .
- ^ Тайер, Энн (5 сентября 2005 г.). «Удаление загрязнений» . Новости химии и техники . Проверено 11 декабря 2015 г.
- ^ Инь, Л.; Либшер, Дж. (2007). «Реакции углерод-углеродного взаимодействия, катализируемые гетерогенными палладиевыми катализаторами». Химические обзоры . 107 (1): 133–173. дои : 10.1021/cr0505674 . ПМИД 17212474 . S2CID 36974481 .
- ^ Корбе, Жан-Пьер; Миньяни, Жерар (2006). «Избранные запатентованные технологии реакций кросс-сочетания». Химические обзоры . 106 (7): 2651–2710. дои : 10.1021/cr0505268 . ПМИД 16836296 .
- ^ Эвано, Гвилерм; Бланшар, Николас; Туми, Матье (2008). «Реакции сочетания, опосредованные медью, и их применение в синтезе натуральных продуктов и разработанных биомолекул». Химические обзоры . 108 (8): 3054–3131. дои : 10.1021/cr8002505 . ПМИД 18698737 .
- ^ Робин Б. Бедфорд (2015). «Насколько низко опускается железо? В погоне за активными частицами в реакциях перекрестного сочетания, катализируемых Fe». Акк. хим. Рез . 48 (5): 1485–1493. doi : 10.1021/acs.accounts.5b00042 . ПМИД 25916260 .
- ^ Каье, Жерар; Хабс, Альбан (2010). «Реакции кросс-сочетания, катализируемые кобальтом». Химические обзоры . 110 (3): 1435–1462. дои : 10.1021/cr9000786 . ПМИД 20148539 .
- ^ Розен, Брэд М.; Квасдорф, Кайл В.; Уилсон, Даниэлла А.; Чжан, На; Ресмерита, Ана-Мария; Гарг, Нил К.; Персек, Вирджил (2011). «Никель-катализируемые перекрестные связи с участием углерод-кислородных связей» . Химические обзоры . 111 (3): 1346–1416. дои : 10.1021/cr100259t . ПМК 3055945 . ПМИД 21133429 .
- ^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, стр. 792, ISBN 978-0-471-72091-1
- ^ Мурахаси, 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 .
- ^ Клейден, Дж.; Гривз, Н.; Уоррен, С. Органическая химия , 2-е изд.; Oxford UP: Оксфорд, Великобритания, 2012. стр. 1069–1102.
- ^ Руис-Кастильо, П.; Бухвальд, СЛ (2016). «Применение реакций кросс-сочетания C – N, катализируемых палладием» . Химические обзоры . 116 (19): 12564–12649. doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00512 . ПМК 5070552 . ПМИД 27689804 .
- ^ Дженнифер X. Цяо; Патрик Ю.С. Лам (2011). «Последние достижения в реакции сочетания Чана-Лама: реакции перекрестного сочетания связи C-гетероатома, промотированные медью, с бороновыми кислотами и их производными». В Деннисе Г. Холле (ред.). Бороновые кислоты: получение и применение в органическом синтезе, медицине и материалах . Вайли-ВЧ. стр. 315–361. дои : 10.1002/9783527639328.ch6 . ISBN 9783527639328 .
- ^ М. Лафранс; К. Н. Роули; ТК Ву; К. Фанью (2006). «Каталитическое межмолекулярное прямое арилирование перфторбензолов». Дж. Ам. хим. Соц. 128 (27): 8754–8756. CiteSeerX 10.1.1.631.607 . дои : 10.1021/ja062509l . ПМИД 16819868 .
- ^ Корнилс, мальчик; Бёрнер, Армин; Франке, Роберт; Чжан, Баоксин; Вибус, Эрнст; Шмид, Клаус (2017). «Гидроформилирование». Прикладной гомогенный катализ металлоорганическими соединениями . стр. 23–90. дои : 10.1002/9783527651733.ch2 . ISBN 9783527328970 .
- ^ Раули, Стивен Д.; Джордан, Аллан М. (2011). «Набор инструментов фармацевта: анализ реакций, используемых при поиске кандидатов на лекарства». Журнал медицинской химии . 54 (10): 3451–3479. дои : 10.1021/jm200187y . ПМИД 21504168 .
- ^ Хартвиг, Дж. Ф. Химия органопереходных металлов, от связывания к катализу; Университетские научные книги: Нью-Йорк, 2010. ISBN 1-891389-53-X