Металлогалогенный обмен

В металлоорганической химии обмен металл-галоген является фундаментальной реакцией, которая превращает органический галогенид в металлоорганический продукт. В реакции обычно используются электроположительные металлы (Li, Na, Mg) и органохлориды, бромиды и йодиды. Особенно развито использование металлогалогенного обмена для получения литийорганических соединений .

Литий-галогенный обмен

Можно рассмотреть два вида литий-галогенного обмена: реакции с участием литийорганических соединений и реакции с участием металлического лития. Коммерческие литийорганические соединения получают гетерогенной (суспензионной) реакцией лития с органическими бромидами и хлоридами:

2 Li + R−X → LiX + R−Li

Часто галогенид лития остается в растворимом продукте.

Большая часть этой статьи посвящена гомогенной (однофазной) реакции предварительно полученных литийорганических соединений:

R−Li + R′−X → R−X + R′−Li

бутиллитий Обычно используется . Гилман и Виттиг независимо друг от друга открыли этот метод в конце 1930-х годов. ^{[ 1 ]} Это не реакция солевого обмена , поскольку соль не образуется.

Литий-галогеновый обмен часто используют для получения винил-, арил- и первичных алкиллитиевых реагентов. Винилгалогениды обычно подвергаются литий-галогеновому обмену с сохранением стереохимии двойной связи. ^{[ 2 ]} Присутствие алкоксильных или родственных хелатных групп ускоряет литий-галогенный обмен. ^{[ 3 ]} Обмен лития-галогена обычно является быстрой реакцией. Обычно он происходит быстрее, чем нуклеофильное присоединение, и иногда может превышать скорость переноса протона. ^{[ 4 ]}

Курсы валют обычно следуют тенденции I > Br > Cl. Алкил- и арилфториды обычно не реагируют с литийорганическими реагентами. Литий-галогеновый обмен контролируется кинетически, и на скорость обмена в первую очередь влияет стабильность карбанионных интермедиатов (sp > sp ² > сп ³) литийорганических реагентов. ^{[ 5 ]}^{[ 3 ]}

Механизм и сфера применения

Было предложено два механизма обмена лития и галогена. ^{[ 6 ]} Один из предложенных путей включает нуклеофильный механизм, который генерирует обратимый промежуточный продукт «ат-комплекс». Фарнем и Калабрезе кристаллизовали «ат-комплекс» бис(пентафторфенил)иодината лития в комплексе с TMEDA . ^{[ 7 ]} «Ате-комплекс» далее реагирует с электрофилами и дает пентафторфенилиодид и C ₆ H ₅ Li. ^{[ 7 ]} Ряд кинетических исследований также подтверждают нуклеофильный путь, при котором карбанион лития атакует атом галогена арилгалогенида. ^{[ 8 ]} Другой предложенный механизм включает перенос одного электрона с генерацией радикалов. обнаружены радикалы В реакциях вторичного и третичного алкиллития и алкилгалогенидов методом ЭПР . ^{[ 9 ]}^{[ 6 ]} Механистические исследования литий-галогенного обмена осложнены образованием агрегатов литийорганических форм.

Другие металлы

Магний-галогеновый обмен

Реагенты Гриньяра можно получить путем обработки предварительно полученного реактива Гриньяра органическим галогенидом. Преимущество этого метода заключается в том, что перенос Mg допускает многие функциональные группы. Типичная реакция включает хлорид изопропилмагния и арилбромид или иодиды: ^{[ 10 ]}

i -PrMgCl + ArCl → i -PrCl + ArMgCl

магния Алатные комплексы металат-арилгалогениды: ^{[ 11 ]}

ArBr + Li[MgBu ₃ ] → ArMgBu ₂ + BuBr

Цинк-галогенный обмен

Цинк-галогеновый обмен: ^{[ 12 ]}

LiBu ₃ Zn + R−I → Li[R−ZnBu ₂ ] + BuI

Приложения

Несколько примеров можно найти в органическом синтезе. ^{[ 13 ]}

Ниже литий-галогенного обмена находится этап синтеза морфина. Здесь н -бутиллитий используется для проведения литий-галогенного обмена с бромидом. Нуклеофильный карбанионный центр быстро подвергается карболитированию по двойной связи, образуя анион, стабилизированный соседней сульфоновой группой. Внутримолекулярная реакция S _N 2 с анионом образует циклическую основу морфина. ^{[ 14 ]}

Литий-галогенный обмен является важной частью циклизации Пархема. ^{[ 15 ]} В этой реакции арилгалогенид (обычно йодид или бромид) обменивается с литийорганическим соединением с образованием литированных аренов. Если арен несет боковую цепь с электрофильным фрагментом, карбанион, присоединенный к литию, будет осуществлять внутримолекулярную нуклеофильную атаку и циклизоваться. Эта реакция является полезной стратегией образования гетероцикла. ^{[ 16 ]} В приведенном ниже примере циклизация Пархема использовалась для циклизации изоцианата с образованием изоиндолинона, который затем превращался в нитрон. Виды нитронов далее реагируют с радикалами и могут использоваться в качестве «спиновых ловушек» для изучения биологических радикальных процессов. ^{[ 17 ]}

Ссылки

^ Гилман, Генри; Лэнгэм, Райт; Джейкоби, Артур Л. (1939). «Металлирование как побочная реакция при получении литийорганических соединений». Журнал Американского химического общества . 61 (1): 106–109. дои : 10.1021/ja01870a036 . ISSN 0002-7863 .
^ Зеебах, Д.; Нойманн Х. (1976). «Стереоспецифическое получение концевых производных виниллития путем обмена Br/Li на трет -бутиллитий». Тетраэдр Летт . 17 (52): 4839–4842. дои : 10.1016/s0040-4039(00)78926-x .
^ Перейти обратно: ^а ^б Леру Ф., Шлоссер М., Зохар Э., Марек И. (2004). Приготовление литийорганических реагентов и промежуточных продуктов . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-470-84339-0 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Бейли, ВФ; и др. (1986). «Обмен металл-галоген между т -бутиллитием и 1-йод-5-гексенами не дает доказательств одноэлектронного переноса». Тетраэдр Летт . 27 (17): 1861–1864. дои : 10.1016/s0040-4039(00)84395-6 .
^ Кэри, Фрэнсис А. (2007). «Металлоорганические соединения металлов I и II групп». Продвинутая органическая химия: реакция и синтез, часть. B (изд. Kindle). Спрингер. ISBN 978-0-387-44899-2 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Бейли, ВФ; Патрисия, Дж. Ф. (1988). «Механизм реакции обмена литий-галоген: обзор литературы». Дж. Органомет. Хим . 352 (1–2): 1–46. дои : 10.1016/0022-328X(88)83017-1 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Фарнем, Всемирный банк; Калабрезе, Дж. К. (1986). «Новые структуры гипервалентного (10-I-2) йода». Дж. Ам. хим. Соц . 108 (9): 2449–2451. дои : 10.1021/ja00269a055 . ПМИД 22175602 .
^ Роджерс, HR; Хоук, Дж. (1982). «Предварительные исследования механизма металлогалогенного обмена. Кинетика реакции н- бутиллития с замещенными бромбензолами в растворе гексана». Дж. Ам. хим. Соц . 104 (2): 522–525. дои : 10.1021/ja00366a024 .
^ Фишер, Х. (1969). «Электронный спиновый резонанс переходных алкильных радикалов в реакциях алкиллитий-алкилгалогенид». Дж. Физ. Хим . 73 (11): 3834–3838. дои : 10.1021/j100845a044 .
^ Кнохель, П.; Доул, В.; Гоммерманн, Н.; Кнайзель, ФФ; Копп, Ф.; Корн, Т.; Сапунцис, И.; Ву, В.А. (2003). «Высокофункциональные магнийорганические реагенты, полученные методом галоген-металлообмена». Angewandte Chemie, международное издание . 42 (36): 4302–4320. дои : 10.1002/anie.200300579 . ПМИД 14502700 .
^ Арредондо, Хуан Д.; Ли, Хунмэй; Балселлс, Жауме (2012). «Получение т -бутил-3-бром-5-формилбензоата посредством реакций селективного обмена металл-галоген» . Органические синтезы . 89 : 460. дои : 10.15227/orgsyn.089.0460 .
^ Балкенхоль, Мориц; Кнохель, Пол (2020). «Последние достижения реакции обмена галоген-цинк» . Химия – Европейский журнал . 26 (17): 3688–3697. дои : 10.1002/chem.201904794 . ПМК 7155102 . ПМИД 31742792 .
^ Адам П. Смит; Скотт А. Сэвидж; Дж. Кристофер Лав; Кассандра Л. Фрейзер (2002). «Синтез 4-, 5- и 6-метил-2,2'-бипиридина с помощью стратегии перекрестного сочетания Негиши: 5-метил-2,2'-бипиридин». Орг. Синтез . 78:51 . дои : 10.15227/orgsyn.078.0051 .
^ Тот, Дж. Э.; Хаманн, PR; Фукс, PL (1988). «Исследования, завершившиеся полным синтезом (dl)-морфина». Дж. Орг. Хим . 53 (20): 4694–4708. дои : 10.1021/jo00255a008 .
^ Пархэм, WP; Брэдшер, К.К. (1982). «Ароматические литийорганические реагенты, несущие электрофильные группы. Получение галоген-литиевым обменом». Акк. хим. Рез . 15 (10): 300–305. дои : 10.1021/ar00082a001 .
^ Сотомайор, Н.; Лете, Э. (2003). «Арильные и гетероариллитиевые соединения путем металл-галогенного обмена. Синтез карбоциклических и гетероциклических систем». Курс. Орг. Хим . 7 (3): 275–300. дои : 10.2174/1385272033372987 .
^ Куин, К.; и др. (2009). «Синтез спиновой ловушки, нацеленной на митохондрии, с использованием новой циклизации типа Пархема» . Тетраэдр . 65 (39): 8154–8160. дои : 10.1016/j.tet.2009.07.081 . ПМЦ 2767131 . ПМИД 19888470 .

[GilmanLangham1939-1] Гилман, Генри; Лэнгэм, Райт; Джейкоби, Артур Л. (1939). «Металлирование как побочная реакция при получении литийорганических соединений». Журнал Американского химического общества . 61 (1): 106–109. дои : 10.1021/ja01870a036 . ISSN 0002-7863 .

[Seebach2-2] Зеебах, Д.; Нойманн Х. (1976). «Стереоспецифическое получение концевых производных виниллития путем обмена Br/Li на трет -бутиллитий». Тетраэдр Летт . 17 (52): 4839–4842. дои : 10.1016/s0040-4039(00)78926-x .

[Leroux-3] Перейти обратно: ^а ^б Леру Ф., Шлоссер М., Зохар Э., Марек И. (2004). Приготовление литийорганических реагентов и промежуточных продуктов . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-470-84339-0 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[Bailey-4] Бейли, ВФ; и др. (1986). «Обмен металл-галоген между т -бутиллитием и 1-йод-5-гексенами не дает доказательств одноэлектронного переноса». Тетраэдр Летт . 27 (17): 1861–1864. дои : 10.1016/s0040-4039(00)84395-6 .

[Carey-5] Кэри, Фрэнсис А. (2007). «Металлоорганические соединения металлов I и II групп». Продвинутая органическая химия: реакция и синтез, часть. B (изд. Kindle). Спрингер. ISBN 978-0-387-44899-2 .

[baileyreview-6] Перейти обратно: ^а ^б Бейли, ВФ; Патрисия, Дж. Ф. (1988). «Механизм реакции обмена литий-галоген: обзор литературы». Дж. Органомет. Хим . 352 (1–2): 1–46. дои : 10.1016/0022-328X(88)83017-1 .

[atecomplex-7] Перейти обратно: ^а ^б Фарнем, Всемирный банк; Калабрезе, Дж. К. (1986). «Новые структуры гипервалентного (10-I-2) йода». Дж. Ам. хим. Соц . 108 (9): 2449–2451. дои : 10.1021/ja00269a055 . ПМИД 22175602 .

[Rogers-8] Роджерс, HR; Хоук, Дж. (1982). «Предварительные исследования механизма металлогалогенного обмена. Кинетика реакции н- бутиллития с замещенными бромбензолами в растворе гексана». Дж. Ам. хим. Соц . 104 (2): 522–525. дои : 10.1021/ja00366a024 .

[Fischerradical-9] Фишер, Х. (1969). «Электронный спиновый резонанс переходных алкильных радикалов в реакциях алкиллитий-алкилгалогенид». Дж. Физ. Хим . 73 (11): 3834–3838. дои : 10.1021/j100845a044 .

[10] Кнохель, П.; Доул, В.; Гоммерманн, Н.; Кнайзель, ФФ; Копп, Ф.; Корн, Т.; Сапунцис, И.; Ву, В.А. (2003). «Высокофункциональные магнийорганические реагенты, полученные методом галоген-металлообмена». Angewandte Chemie, международное издание . 42 (36): 4302–4320. дои : 10.1002/anie.200300579 . ПМИД 14502700 .

[11] Арредондо, Хуан Д.; Ли, Хунмэй; Балселлс, Жауме (2012). «Получение т -бутил-3-бром-5-формилбензоата посредством реакций селективного обмена металл-галоген» . Органические синтезы . 89 : 460. дои : 10.15227/orgsyn.089.0460 .

[Knochel-12] Балкенхоль, Мориц; Кнохель, Пол (2020). «Последние достижения реакции обмена галоген-цинк» . Химия – Европейский журнал . 26 (17): 3688–3697. дои : 10.1002/chem.201904794 . ПМК 7155102 . ПМИД 31742792 .

[13] Адам П. Смит; Скотт А. Сэвидж; Дж. Кристофер Лав; Кассандра Л. Фрейзер (2002). «Синтез 4-, 5- и 6-метил-2,2'-бипиридина с помощью стратегии перекрестного сочетания Негиши: 5-метил-2,2'-бипиридин». Орг. Синтез . 78:51 . дои : 10.15227/orgsyn.078.0051 .

[morphinelix-14] Тот, Дж. Э.; Хаманн, PR; Фукс, PL (1988). «Исследования, завершившиеся полным синтезом (dl)-морфина». Дж. Орг. Хим . 53 (20): 4694–4708. дои : 10.1021/jo00255a008 .

[parham-15] Пархэм, WP; Брэдшер, К.К. (1982). «Ароматические литийорганические реагенты, несущие электрофильные группы. Получение галоген-литиевым обменом». Акк. хим. Рез . 15 (10): 300–305. дои : 10.1021/ar00082a001 .

[parhamheterocycles-16] Сотомайор, Н.; Лете, Э. (2003). «Арильные и гетероариллитиевые соединения путем металл-галогенного обмена. Синтез карбоциклических и гетероциклических систем». Курс. Орг. Хим . 7 (3): 275–300. дои : 10.2174/1385272033372987 .

[mitospin-17] Куин, К.; и др. (2009). «Синтез спиновой ловушки, нацеленной на митохондрии, с использованием новой циклизации типа Пархема» . Тетраэдр . 65 (39): 8154–8160. дои : 10.1016/j.tet.2009.07.081 . ПМЦ 2767131 . ПМИД 19888470 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]