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

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 ²Связи )-X соединяются легче, отчасти потому, что они легко присоединяются к катализатору.

Катализаторы

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

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

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

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

Реакция Бухвальда-Хартвига. — The Buchwald–Hartwig reaction

( 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

Палладий катализирует кросс-сочетание арилгалогенидов с фторированным ареном. Этот процесс необычен тем, что он включает функционализацию C – H на электронодефицитном арене. ^{[ 20 ]}

Приложения

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

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

^ 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, Баосинь; 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

[1] 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 .

[2] Корбе, Жан-Пьер; Миньяни, Жерар (2006). «Избранные запатентованные технологии реакций кросс-сочетания». Химические обзоры . 106 (7): 2651–2710. дои : 10.1021/cr0505268 . ПМИД 16836296 .

[3] Новые тенденции в кросс-связи: теория и приложения Томас Колакот (редактор), 2014 г. ISBN 978-1-84973-896-5

[Pharma-4] 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 .

[5] «Нобелевская премия по химии 2010 года — Ричард Ф. Хек, Эйичи Негиси, Акира Судзуки» . Нобелевская премия.org. 06.10.2010 . Проверено 6 октября 2010 г.

[6] 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 .

[7] Сунь, Чан-Лян; Ши, Чжан-Цзе (2014). «Реакции сочетания без переходных металлов». Химические обзоры . 114 (18): 9219–9280. дои : 10.1021/cr400274j . ПМИД 25184859 .

[8] Тайер, Энн (5 сентября 2005 г.). «Удаление загрязнений» . Новости химии и техники . Проверено 11 декабря 2015 г.

[9] 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 .

[10] Корбе, Жан-Пьер; Миньяни, Жерар (2006). «Избранные запатентованные технологии реакций кросс-сочетания». Химические обзоры . 106 (7): 2651–2710. дои : 10.1021/cr0505268 . ПМИД 16836296 .

[11] 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 .

[12] 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 .

[13] Каье, Жерар; Хабс, Альбан (2010). «Реакции кросс-сочетания, катализируемые кобальтом». Химические обзоры . 110 (3): 1435–1462. дои : 10.1021/cr9000786 . ПМИД 20148539 .

[14] 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 .

[15] 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

[16] 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 .

[17] Клейден, Дж.; Гривз, Н.; Уоррен, С. Органическая химия , 2-е изд.; Oxford UP: Оксфорд, Великобритания, 2012. стр. 1069–1102.

[18] 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 .

[19] 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 .

[20] 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 .

[21] Корнилс, мальчик; Бёрнер, Армин; Франке, Роберт; Чжан, Баосинь; Вибус, Эрнст; Шмид, Клаус (2017). «Гидроформилирование». Прикладной гомогенный катализ металлоорганическими соединениями . стр. 23–90. дои : 10.1002/9783527651733.ch2 . ISBN 9783527328970 .

[22] 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 .

[JFH-23] Хартвиг, Дж. Ф. Химия органопереходных металлов, от связывания к катализу; Университетские научные книги: Нью-Йорк, 2010. ISBN 1-891389-53-X

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]