Хияма муфта

Хияма муфта
Назван в честь	Тамеджиро Хияма
Тип реакции	Реакция сцепления
Идентификаторы
Портал органической химии	хияма-соединение
RSC Идентификатор онтологии	RXNO: 0000193
Примеры и связанные реакции
Подобные реакции	Соединение Хияма-Дания

Сочетание Хиямы представляет собой палладием катализируемую реакцию перекрестного сочетания органосиланов , с органическими галогенидами используемую в органической химии для образования связей углерод-углерод (CC-связи). Эта реакция была открыта в 1988 году Тамеджиро Хиямой и Ясуо Хатанакой как метод синтетического образования углерод-углеродных связей с хемо- и региоселективностью . ^[1] Соединение Хияма применялось для синтеза различных натуральных продуктов . ^[2]

{\begin{matrix}{}\\{\ce {{R-SiR''_{3}}+R'-X->[\mathrm {F^{-}} ][{\text{Pd cat.}}]R-R'}}\end{matrix}}

${\ce {R}}$ : арил, алкенил или алкинил
${\ce {R'}}$ : арил, алкенил, алкинил или алкил
${\ce {R''}}$ : Cl, F или алкил
${\ce {X}}$ : Cl, Br, I или OTf

История реакции

Муфта Hiyama была разработана для решения проблем, связанных с другими металлоорганическими реагентами. О первоначальной реакционной способности кремнийорганического соединения на самом деле впервые не сообщил Хияма, поскольку Кумада сообщил о реакции сочетания с использованием фторорганических силикатов. ^[3] показано ниже. Затем Хияма обнаружил, что органосиланы обладают реакционной способностью при активации источником фторида. ^[4]^[5] Эта реакционная способность в сочетании с солью палладия создает углерод-углеродную связь с электрофильным углеродом, как в органическом галогениде. По сравнению с проблемами, присущими широко используемым металлоорганическим реагентам, таким как магнийорганические ( реактивы Гриньяра ) и медьорганические реагенты, которые очень реакционноспособны и, как известно, имеют низкую хемоселективность, достаточную для разрушения функциональных групп на обоих партнерах сочетания, кремнийорганические соединения неактивны. Другие металлоорганические реагенты, в которых используются такие металлы, как цинк , олово и бор , уменьшают проблему реакционной способности, но имеют другие проблемы, связанные с каждым реагентом. Цинкорганические реагенты чувствительны к влаге, оловоорганические соединения токсичны, а борорганические реагенты труднодоступны, дороги и не всегда стабильны. Органосиланы — это легкодоступные соединения, которые при активации (так же, как оловоорганические или борорганические соединения) фторидом или основанием могут реагировать с галогенорганическими соединениями с образованием связей CC хемо- и региоселективным образом. Впервые описанная реакция использовалась для соединения легко получаемого (и активированного) кремнийорганического соединения. нуклеофилы и галогенорганические соединения ( электрофилы ) в присутствии палладиевого катализатора. ^[1] После этого открытия различными группами была проделана работа по расширению масштабов этой реакции и «исправлению» проблем с этим первым сочетанием, таких как необходимость фторидной активации органосилана.

Механизм

Органосилан активируется фторидом (например, какой-либо солью, такой как TBAF или TASF ) или основанием с образованием пятивалентного кремниевого центра, который достаточно лабилен , чтобы обеспечить разрыв связи C-Si во время стадии трансметаллирования. ^[6] Общая схема образования этого ключевого промежуточного продукта показана ниже. Этот этап происходит in situ или одновременно с каталитическим циклом реакции.

Механизм сочетания Хиямы следует за каталитическим циклом, включающим A) стадию окислительного присоединения , на которой органический галогенид присоединяется к палладию, окисляя металл от палладия (0) до палладия (II); а Б) стадия трансметаллирования , при которой связь C-Si разрывается и второй углеродный фрагмент связывается с палладиевым центром; и, наконец, C) стадия восстановительного элиминирования , на которой образуется связь CC и палладий возвращается в свое нуль-валентное состояние, чтобы начать цикл заново. ^[7] Каталитический цикл показан ниже.

Область применения и ограничения

Объем

Сочетание Хиямы может быть применено для образования связей C _sp 2 -C _sp 2 (например, арил -арил), а также связей C _sp 2 -C _sp 3 (например, арил- алкил ). Хорошие синтетические выходы получаются при сочетании арилгалогенидов , винилгалогенидов , а аллилгалогениды и органиодиды дают наилучшие выходы.

расширил сферу применения этой реакции, включив в нее замыкание колец среднего размера Скотт Э. Дания . ^[8]

Также было проведено сочетание алкилгалогенидов с органогалосиланами в качестве альтернативных органосиланов. Органохлорсиланы допускают соединение с арилхлоридами, которые широко распространены и обычно более экономичны, чем арилйодиды. ^[9] Никелевый катализатор открывает доступ к новой реакционной способности органотрифторсиланов, как сообщает GC Fu et al. ^[10] Вторичные алкилгалогениды связаны с арилсиланами. ^[11] с хорошими выходами при использовании этой реакции.

Ограничения

Сочетание Хиямы ограничено необходимостью фторида для активации кремнийорганического реагента. Добавление фторида расщепляет любые защитные группы кремния (например, силиловые эфиры). ^[12]), которые часто используются в органическом синтезе. Ион фтора также является основным, поэтому добавление этого активатора может повлиять на чувствительные к основаниям защитные группы, кислотные протоны и функциональные группы. Большинство активных исследований этой реакции направлено на обход этой проблемы. Чтобы решить эту проблему, многие группы обратились к использованию других основных добавок для активации или совместному использованию другого органосиланового реагента, что привело к множеству вариаций исходного соединения Хиямы.

Вариации

В одной модификации реакции Хиямы используется силациклобутановое кольцо и источник фторида, который гидратируется, как показано ниже. ^[13] Это имитирует использование алкоксисилана/органосиланола, а не использование алкилсилана. Механизм этой реакции с использованием источника фторида позволил разработать будущие реакции, которые позволят избежать использования источника фторида.

Муфты Hiyama без фтора

Было разработано множество модификаций муфты Хияма, позволяющих избежать использования фторидного активатора/основания. Используя органохлорсиланы, Хияма нашел схему сочетания, в которой используется NaOH . в качестве основного активатора ^[14] Сообщалось о модификациях с использованием алкоксисиланов с использованием более мягких оснований, таких как NaOH. ^[15] и даже вода. ^[16] Изучение этих механизмов привело к разработке реакции Хияма-Дания, в которой в качестве партнеров сочетания используются органосиланолы .

Другой класс бесфтористых муфт Хиямы включает использование добавки кислоты Льюиса , что позволяет использовать такие основания, как K ₃ PO ₄^[17] использовать или чтобы реакция протекала без основной добавки. ^[18]^[19] Сообщалось также, что добавление медного сокатализатора позволяет использовать более мягкий активирующий агент. ^[17] и даже было показано, что происходит оборот , при котором как палладий(II), так и медь(I) оборачиваются в каталитическом цикле, а не добавлением стехиометрической кислоты Льюиса (например, серебра(I), ^[18] медь(я) ^[19]).

Соединение Хияма – Дания

Соединение Хияма-Дания представляет собой модификацию соединения Хияма, которая не требует добавки фторида для использования органосиланолов и органических галогенидов в качестве партнеров сочетания. Общая схема реакции показана ниже, демонстрируя использование основания Бренстеда в качестве активирующего агента в отличие от фторида, фосфиновые лиганды также используются в металлическом центре. ^[2]

Конкретный пример этой реакции показан с реагентами. Если бы использовался фторид, как в исходном протоколе Хиямы, трет -бутилдиметилсилиловый (TBS) эфир, вероятно, был бы разрушен. ^[20]

Соединительный механизм Хияма-Дания

Изучение механизма этой реакции позволяет предположить, что образование силоната - это все, что необходимо для активации присоединения органосилана к палладиевому центру. Присутствие пятивалентного кремния не является необходимым, и кинетический анализ показал, что эта реакция имеет зависимость первого порядка от концентрации силаната. ^[2] Это связано с образованием ключевой связи, связи Pd-O, на стадии трансметаллирования, которая затем позволяет перенести углеродный фрагмент на палладиевый центр. На основании этого наблюдения кажется, что стадией, ограничивающей скорость в этом каталитическом цикле, является образование связи Pd-O, при котором повышенные концентрации силанатов увеличивают скорость этой реакции (что указывает на более быстрые реакции).

См. также

Внешние ссылки

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Хатанака, Ю.; Хияма, Т. (1988). «Кросс-сочетание органосиланов с органическими галогенидами при помощи палладиевого катализатора и дифтортриметилсиликата трис (диэтиламино) сульфония». Журнал органической химии . 53 (4): 918–920. дои : 10.1021/jo00239a056 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Дания, ЮВ; Регенс, CS (2008). «Катализируемые палладием реакции кросс-сочетания органосиланолов и их солей: практические альтернативы методам на основе бора и олова» . Отчеты о химических исследованиях . 41 (11): 1486–1499. дои : 10.1021/ar800037p . ПМК 2648401 . ПМИД 18681465 .
^ Jump up to: ^а ^б Ёсида, Дж.; Тамао, К.; Ямамото, Х.; Какуи, Т.; Учида, Т.; Кумада, М. (1982), «Фторорганические силикаты в органическом синтезе. 14. Образование связи углерод-углерод, способствующее солям палладия», Organometallics , 1 (3): 542–549, doi : 10.1021/om00063a025
^ Хияма, Т.; Обаяши, М.; Мори, И.; Нозаки, Х. (1983), «Получение безметалловых силильных анионов из дисиланов и фторидного катализатора. Синтетические реакции с альдегидами и 1,3-диенами», Журнал органической химии , 48 (6): 912–914, doi : 10.1021/jo00154a043
^ Фудзита, М.; Хияма, Т. (1988), «Эритронаправленное восстановление альфа-замещенных алканонов с помощью гидросиланов в кислой среде», The Journal of Organic Chemistry , 53 (23): 5415–5421, doi : 10.1021/jo00258a004.
^ Хияма, Т. (2002), «Как я столкнулся с реакцией кросс-сочетания на основе кремния», Журнал металлоорганической химии , 653 (1–2): 58–61, doi : 10.1016/s0022-328x(02)01157 -9
^ Мияура, Н. ; Судзуки, А. (1995), «Катализируемые палладием реакции перекрестного сочетания борорганических соединений», Chemical Reviews , 95 (7): 2457–2483, CiteSeerX 10.1.1.735.7660 , doi : 10.1021/cr00039a007
^ Jump up to: ^а ^б Дания, ЮВ; Ян, С.-М. (2002), «Внутримолекулярные реакции перекрестного сочетания с участием кремния: общий синтез колец среднего размера, содержащих 1,3-цис-цис-диеновое звено», Журнал Американского химического общества , 124 (10): 2102–2103, doi : 10.1021/ja0178158 , PMID 11878949
^ Гауда, К.-и.; Хагивара, Э.; Хатанака, Ю.; Хияма, Т. (1996), «Реакции кросс-сочетания арилхлоридов с органохлорсиланами: высокоэффективные методы арилирования или алкенилирования арилхлоридов», Журнал органической химии , 61 (21): 7232–7233, doi : 10.1021/ jo9611172 , PMID 11667637
^ Пауэлл, округ Колумбия; Фу, GC (2004), «Никель-катализируемые перекрестные реакции кремнийорганических реагентов с неактивированными вторичными алкилбромидами», Журнал Американского химического общества , 126 (25): 7788–7789, doi : 10.1021/ja047433c , PMID 15212521
^ Стротман, Н.А.; Соммер, С.; Фу, GC (2007), «Реакции Хиямы активированных и неактивированных вторичных алкилгалогенидов, катализируемые комплексом никель/норэфедрин», Angewandte Chemie International Edition , 46 (19): 3556–3558, doi : 10.1002/anie.200700440 , PMID 17444579
^ Грин, ТВ; Вутс, Защитные группы МПГ в органическом синтезе , 3-е изд.; Джон Уайли и сыновья: Нью-Йорк, 1991. ISBN 0471160199
^ Jump up to: ^а ^б Дания, ЮВ; Верли, Д.; Чой, JY (2000), «Конвергенция механистических путей в катализируемом палладием (0) перекрестном сочетании алкенилсилациклобутанов и алкенилсиланолов», Organic Letters , 2 (16): 2491–2494, doi : 10.1021/ol006170y , PMID 10956529
^ Jump up to: ^а ^б Хагивара, Э.; Гауда, К.-и.; Хатанака, Ю.; Хияма, Т. (1997), «Реакции кросс-сочетания кремнийорганических соединений с органическими галогенидами, способствующие NaOH: практические пути получения биарилов, алкениларенов и сопряженных диенов», Tetrahedron Letters , 38 (3): 439–442, doi : 10.1016/ s0040-4039(96)02320-9
^ Ши, С.; Чжан, Ю. (2007), «Pd(OAc)2-катализируемые реакции перекрестного сочетания арилсилоксанов с арилбромидами без фторида в водной среде», Журнал органической химии , 72 (15): 5927–5930, doi : 10.1021/jo070855v , PMID 17585827
^ Вольф, К.; Леребурс, Р. (2004), «Реакции перекрестного сочетания арилсилоксанов с арилхлоридами и бромидами в воде, катализируемые палладий-фосфиновой кислотой и NaOH», Organic Letters , 6 (7): 1147–1150, doi : 10.1021/ol049851s , PMID 15040744
^ Jump up to: ^а ^б ^с Накао, Ю.; Такеда, М.; Мацумото, Т.; Хияма, Т. (2010), «Реакции перекрестного сочетания посредством внутримолекулярной активации алкил(триоргано)силанов», Angewandte Chemie , 122 (26): 4549–4552, Bibcode : 2010AngCh.122.4549N , doi : 10.1002/ange. 201000816
^ Jump up to: ^а ^б Хирабаяши, К.; Мори, А.; Кавасима, Дж.; Сугуро, М.; Нишихара, Ю.; Хияма, Т. (2000), «Катализируемое палладием перекрестное сочетание силанолов, силандиолов и силанетриолов, стимулируемое оксидом серебра (I), Журнал органической химии , 65 (17): 5342–5349, doi : 10.1021/ jo000679p , PMID 10993364
^ Jump up to: ^а ^б Нишихара, Ю.; Икегашира, К.; Хирабаяши, К.; Андо, Ж.-и.; Мори, А.; Хияма, Т. (2000), «Реакции сочетания алкинилсиланов, опосредованные солью Cu (I): новые синтезы сопряженных диинов и дизамещенных этинов», Журнал органической химии , 65 (6): 1780–1787, doi : 10.1021 /jo991686k , PMID 10814151
^ Jump up to: ^а ^б Дания, ЮВ; Смит, Р.К.; Чанг, В.-ТТ; Мухухи, Дж. М. (2009), «Реакции кросс-сочетания ароматических и гетероароматических силанолятов с ароматическими и гетероароматическим галогенидами», Журнал Американского химического общества , 131 (8): 3104–3118, doi : 10.1021/ja8091449 , PMC 2765516 , PMID 19199785

[Hiyama_Discovery-1] Jump up to: ^а ^б Хатанака, Ю.; Хияма, Т. (1988). «Кросс-сочетание органосиланов с органическими галогенидами при помощи палладиевого катализатора и дифтортриметилсиликата трис (диэтиламино) сульфония». Журнал органической химии . 53 (4): 918–920. дои : 10.1021/jo00239a056 .

[Denmark_Review-2] Jump up to: ^а ^б ^с Дания, ЮВ; Регенс, CS (2008). «Катализируемые палладием реакции кросс-сочетания органосиланолов и их солей: практические альтернативы методам на основе бора и олова» . Отчеты о химических исследованиях . 41 (11): 1486–1499. дои : 10.1021/ar800037p . ПМК 2648401 . ПМИД 18681465 .

[Kumada_Fluorate-3] Jump up to: ^а ^б Ёсида, Дж.; Тамао, К.; Ямамото, Х.; Какуи, Т.; Учида, Т.; Кумада, М. (1982), «Фторорганические силикаты в органическом синтезе. 14. Образование связи углерод-углерод, способствующее солям палладия», Organometallics , 1 (3): 542–549, doi : 10.1021/om00063a025

[fluoride_activation-4] Хияма, Т.; Обаяши, М.; Мори, И.; Нозаки, Х. (1983), «Получение безметалловых силильных анионов из дисиланов и фторидного катализатора. Синтетические реакции с альдегидами и 1,3-диенами», Журнал органической химии , 48 (6): 912–914, doi : 10.1021/jo00154a043

[Hiyama_JOC-5] Фудзита, М.; Хияма, Т. (1988), «Эритронаправленное восстановление альфа-замещенных алканонов с помощью гидросиланов в кислой среде», The Journal of Organic Chemistry , 53 (23): 5415–5421, doi : 10.1021/jo00258a004.

[Hiyama_miniaccount-6] Хияма, Т. (2002), «Как я столкнулся с реакцией кросс-сочетания на основе кремния», Журнал металлоорганической химии , 653 (1–2): 58–61, doi : 10.1016/s0022-328x(02)01157 -9

[Catalytic_Cycle-7] Мияура, Н. ; Судзуки, А. (1995), «Катализируемые палладием реакции перекрестного сочетания борорганических соединений», Chemical Reviews , 95 (7): 2457–2483, CiteSeerX 10.1.1.735.7660 , doi : 10.1021/cr00039a007

[Ring_Closing-8] Jump up to: ^а ^б Дания, ЮВ; Ян, С.-М. (2002), «Внутримолекулярные реакции перекрестного сочетания с участием кремния: общий синтез колец среднего размера, содержащих 1,3-цис-цис-диеновое звено», Журнал Американского химического общества , 124 (10): 2102–2103, doi : 10.1021/ja0178158 , PMID 11878949

[Chlorosilanes-9] Гауда, К.-и.; Хагивара, Э.; Хатанака, Ю.; Хияма, Т. (1996), «Реакции кросс-сочетания арилхлоридов с органохлорсиланами: высокоэффективные методы арилирования или алкенилирования арилхлоридов», Журнал органической химии , 61 (21): 7232–7233, doi : 10.1021/ jo9611172 , PMID 11667637

[Fu_Nickel_1-10] Пауэлл, округ Колумбия; Фу, GC (2004), «Никель-катализируемые перекрестные реакции кремнийорганических реагентов с неактивированными вторичными алкилбромидами», Журнал Американского химического общества , 126 (25): 7788–7789, doi : 10.1021/ja047433c , PMID 15212521

[Fu_Nickel_2-11] Стротман, Н.А.; Соммер, С.; Фу, GC (2007), «Реакции Хиямы активированных и неактивированных вторичных алкилгалогенидов, катализируемые комплексом никель/норэфедрин», Angewandte Chemie International Edition , 46 (19): 3556–3558, doi : 10.1002/anie.200700440 , PMID 17444579

[12] Грин, ТВ; Вутс, Защитные группы МПГ в органическом синтезе , 3-е изд.; Джон Уайли и сыновья: Нью-Йорк, 1991. ISBN 0471160199

[Denmark_Cyclo-13] Jump up to: ^а ^б Дания, ЮВ; Верли, Д.; Чой, JY (2000), «Конвергенция механистических путей в катализируемом палладием (0) перекрестном сочетании алкенилсилациклобутанов и алкенилсиланолов», Organic Letters , 2 (16): 2491–2494, doi : 10.1021/ol006170y , PMID 10956529

[Hiyama_Hydroxide-14] Jump up to: ^а ^б Хагивара, Э.; Гауда, К.-и.; Хатанака, Ю.; Хияма, Т. (1997), «Реакции кросс-сочетания кремнийорганических соединений с органическими галогенидами, способствующие NaOH: практические пути получения биарилов, алкениларенов и сопряженных диенов», Tetrahedron Letters , 38 (3): 439–442, doi : 10.1016/ s0040-4039(96)02320-9

[Alkoxy_silane-15] Ши, С.; Чжан, Ю. (2007), «Pd(OAc)2-катализируемые реакции перекрестного сочетания арилсилоксанов с арилбромидами без фторида в водной среде», Журнал органической химии , 72 (15): 5927–5930, doi : 10.1021/jo070855v , PMID 17585827

[Wolf-16] Вольф, К.; Леребурс, Р. (2004), «Реакции перекрестного сочетания арилсилоксанов с арилхлоридами и бромидами в воде, катализируемые палладий-фосфиновой кислотой и NaOH», Organic Letters , 6 (7): 1147–1150, doi : 10.1021/ol049851s , PMID 15040744

[Hiyama_Milder-17] Jump up to: ^а ^б ^с Накао, Ю.; Такеда, М.; Мацумото, Т.; Хияма, Т. (2010), «Реакции перекрестного сочетания посредством внутримолекулярной активации алкил(триоргано)силанов», Angewandte Chemie , 122 (26): 4549–4552, Bibcode : 2010AngCh.122.4549N , doi : 10.1002/ange. 201000816

[Hiyama_Silver-18] Jump up to: ^а ^б Хирабаяши, К.; Мори, А.; Кавасима, Дж.; Сугуро, М.; Нишихара, Ю.; Хияма, Т. (2000), «Катализируемое палладием перекрестное сочетание силанолов, силандиолов и силанетриолов, стимулируемое оксидом серебра (I), Журнал органической химии , 65 (17): 5342–5349, doi : 10.1021/ jo000679p , PMID 10993364

[Hiyama_Alkyne-19] Jump up to: ^а ^б Нишихара, Ю.; Икегашира, К.; Хирабаяши, К.; Андо, Ж.-и.; Мори, А.; Хияма, Т. (2000), «Реакции сочетания алкинилсиланов, опосредованные солью Cu (I): новые синтезы сопряженных диинов и дизамещенных этинов», Журнал органической химии , 65 (6): 1780–1787, doi : 10.1021 /jo991686k , PMID 10814151

[Denmark_Paper-20] Jump up to: ^а ^б Дания, ЮВ; Смит, Р.К.; Чанг, В.-ТТ; Мухухи, Дж. М. (2009), «Реакции кросс-сочетания ароматических и гетероароматических силанолятов с ароматическими и гетероароматическим галогенидами», Журнал Американского химического общества , 131 (8): 3104–3118, doi : 10.1021/ja8091449 , PMC 2765516 , PMID 19199785

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]