Реакция кросс-сочетания
Химическая реакция, в которой две молекулы соединяются под действием металлического катализатора.

В органической химии реакция кросс-сочетания — это реакция , в которой соединяются два разных фрагмента. Кросс-сочетания являются подмножеством более общих реакций сочетания. Часто реакции кросс-сочетания требуют металлических катализаторов . Один важный тип реакции — это:

R−M + R'−X → R−R' + MX (R, R' = органические фрагменты, обычно арильные ; 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] Реакции кросс-сочетания являются подклассом реакций сочетания .

Ричард Ф. Хек , Эйити 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 перекрестных связей, включая те, которые не требуют металлических катализаторов. [7] Однако часто перекрестное сочетание относится к катализируемой металлом реакции нуклеофильного партнера с электрофильным партнером.

Предложен механизм связи Кумады (L = лиганд , Ar = арил ).

В таких случаях механизм обычно включает восстановительное устранение RR' из L n MR(R') (L = лиганд-наблюдатель ). Этот промежуточный L n MR(R') образуется в двухстадийном процессе из низковалентного предшественника L n M. Окислительное присоединение органического галогенида (RX) к L n M дает L n MR(X). Затем второй партнер подвергается трансметаллированию с источником R' − . Заключительным этапом является восстановительное устранение двух фрагментов связывания для регенерации катализатора и получения органического продукта. Ненасыщенные субстраты, такие как связи C(sp)−X и C(sp 2 )−X, связываются легче, отчасти потому, что они легко присоединяются к катализатору.

Катализаторы

Предложен механизм для соединения Соногаширы .

Катализаторы часто основаны на палладии, который часто выбирается из-за высокой толерантности к функциональным группам . Органопалладиевые соединения, как правило, устойчивы к воде и воздуху. Палладиевые катализаторы могут быть проблематичными для фармацевтической промышленности, которая сталкивается с обширным регулированием в отношении тяжелых металлов. Многие химики-фармацевты пытаются использовать реакции сочетания на ранних этапах производства, чтобы минимизировать следы металлов в продукте. [8] Гетерогенные катализаторы на основе Pd также хорошо разработаны. [9]

Катализаторы на основе меди также широко распространены, особенно для реакций, в которых задействованы связи гетероатом-C. [10] [11]

Были исследованы катализаторы на основе железа [12] , кобальта [13] и никеля [14] .

Выход из групп

Уходящая группа X в органическом партнере обычно является галогенидом , хотя использовались трифлат , тозилат , пивалатные эфиры и другие псевдогалогениды . [15] Хлорид является идеальной группой из-за низкой стоимости хлорорганических соединений. Часто, однако, связи C–Cl слишком инертны, и для приемлемых скоростей требуются уходящие группы бромида или иодида . Основной металл группы в металлоорганическом партнере обычно является электроположительным элементом, таким как олово , цинк , кремний или бор .

Углерод-углеродное перекрестное взаимодействие

Многие перекрестные связи влекут за собой образование углерод-углеродных связей.

РеакцияГодРеагент АРеагент БКатализаторЗамечание
Сопряжение Кадиота–Ходкевича1957RC≡CHзрRC≡CXзрCuтребуется база
Сочетание Кастро–Стивенса1963RC≡CHзрАр-Хсп 2Cu
Синтез Кори–Хауса1967R 2 CuLi или RMgXсп 3РХсп 2 , сп 3CuCu-катализируемая версия от Kochi , 1971
Муфта Кумада1972РМгБрсп 2 , сп 3РХсп 2Pd или Ni или Fe
Черт возьми, реакция1972алкенсп 2Ар-Хсп 2Палладий или никельтребуется база
Соногашира соединение1975ArC≡CHзрРХсп 3 сп 2Палладий и медьтребуется база
Муфта Негиши1977R-Zn-Xзр 3 , зр 2 , зрРХсп 3 сп 2Палладий или никель
Поперечная муфта Стилла1978Р-СнР 3зр 3 , зр 2 , зрРХсп 3 сп 2Палладий или никель
Реакция Сузуки1979РБ(ИЛИ) 2сп 2РХсп 3 сп 2Палладий или никельтребуется база
Муфта Мурахаши [16]1979Р-Лисп 2 , сп 3РХсп 2Пд или Ру
Хияма муфта1988Р-СиР 3сп 2РХсп 3 сп 2Пдтребуется база
Муфта Фукуямы1998Р-Zn-Iсп 3РКО(SEt)сп 2Палладий или никельсм. реакцию сочетания Либескинда–Срогля, дает кетоны
Связь Либескинда–Срогля2000РБ(ИЛИ) 2зр 3 , зр 2RCO(SEt) Ar-SMeсп 2Пдтребует CuTC , дает кетоны
Перекрестная дегидрогенизационная связь2004РХзр, зр 2 , зр 3Р'-Хзр, зр 2 , зр 3Cu, Fe, Pd и т.д.требует окислителя или дегидрирования
Декарбоксилирующее кросс-сочетание2000-еR - CO2Hсп 2Р'-Хзр, зр 2Cu, PdНе требует практически никакой базы

Ограничения по геометрии атома углерода в основном препятствуют удалению β-гидрида при комплексообразовании с катализатором. [17]

Связь углерода с гетероатомом

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

РеакцияГодРеагент АРеагент БКатализаторЗамечание
Реакция типа Ульмана1905ArO-MM, ArNH 2 ,RS-M,NC-Mсп 3Ar-X (X = OAr, N(H)Ar, SR, CN)сп 2Cu
Реакция Бухвальда–Хартвига [18]1994Р 2 Н-Нсп 3РХсп 2ПдNC-связывание,
свободный амин второго поколения
Сочетание Чана–Лама [19]1998Ar-B(OR) 2сп 2Ar- NH2сп 2Cu

Разные реакции

Палладий катализирует кросс-сочетание арилгалогенидов с фторированным ареном. Процесс необычен тем, что включает функционализацию C–H в электрон-дефицитном арен. [20]

Приложения

Реакции кросс-сочетания важны для производства фармацевтических препаратов, [4] примерами которых являются монтелукаст , элетриптан , напроксен , варениклин и ресвератрол . [21] При этом наиболее широко используется реакция Сузуки. [22] Некоторые полимеры и мономеры также получают таким образом. [23]

Обзоры

  • Фортман, Джордж К.; Нолан, Стивен П. (2011). «Лиганды N-гетероциклического карбена (NHC) и палладий в гомогенном кросс-сочетании катализа: идеальный союз». Chemical Society Reviews . 40 (10): 5151– 69. doi :10.1039/c1cs15088j. PMID  21731956.
  • Yin; Liebscher, Jürgen (2007). «Реакции сопряжения углерода с углеродом, катализируемые гетерогенными палладиевыми катализаторами». Chemical Reviews . 107 (1): 133– 173. doi :10.1021/cr0505674. PMID  17212474. S2CID  36974481.
  • Jana, Ranjan; Pathak, Tejas P.; Sigman, Matthew S. (2011). «Достижения в катализируемых переходными металлами (Pd,Ni,Fe) реакциях кросс-сочетания с использованием алкилорганометаллических соединений в качестве партнеров реакции». Chemical Reviews . 111 (3): 1417– 1492. doi :10.1021/cr100327p. PMC  3075866 . PMID  21319862.
  • Molnár, Árpád (2011). «Эффективные, селективные и пригодные для вторичной переработки палладиевые катализаторы в реакциях связывания углерода с углеродом». Chemical Reviews . 111 (3): 2251– 2320. doi :10.1021/cr100355b. PMID  21391571.
  • Мияура, Норио ; Сузуки, Акира (1995). «Реакции кросс-сочетания борорганических соединений, катализируемые палладием». Chemical Reviews . 95 (7): 2457–2483 . CiteSeerX  10.1.1.735.7660 . doi :10.1021/cr00039a007.
  • Рогланс, Анна; Пла-Кинтана, Анна; Морено-Маньяс, Марсиаль (2006). «Соли диазония как субстраты в реакциях кросс-сочетания, катализируемых палладием». Chemical Reviews . 106 (11): 4622– 4643. doi :10.1021/cr0509861. PMID  17091930. S2CID  8128630.
  • Корч, Катерина М.; Уотсон, Дональд А. (2019). «Кросс-сочетание гетероатомных электрофилов». Chemical Reviews . 119 (13): 8192– 8228. doi :10.1021/acs.chemrev.8b00628. PMC  6620169 . PMID  31184483.
  • Каье, Жерар; Мойе, Альбан (2010). «Реакции кросс-сочетания, катализируемые кобальтом». Химические обзоры . 110 (3): 1435–1462 . doi : 10.1021/cr9000786. ПМИД  20148539.
  • Yi, Hong; Zhang, Guoting; Wang, Huamin; Huang, Zhiyuan; Wang, Jue; Singh, Atul K.; Lei, Aiwen (2017). «Последние достижения в области радикальной активации C–H/радикального кросс-сочетания». Chemical Reviews . 117 (13): 9016– 9085. doi :10.1021/acs.chemrev.6b00620. PMID  28639787.

Ссылки

  1. ^ Корч, Катерина М.; Уотсон, Дональд А. (2019). «Кросс-сочетание гетероатомных электрофилов». Chemical Reviews . 119 (13): 8192– 8228. doi :10.1021/acs.chemrev.8b00628. PMC 6620169. PMID 31184483  . 
  2. ^ Корбет, Жан-Пьер; Миньяни, Жерар (2006). «Избранные запатентованные технологии реакции кросс-сочетания». Chemical Reviews . 106 (7): 2651– 2710. doi :10.1021/cr0505268. PMID  16836296.
  3. ^ Новые тенденции в кросс-сопряжении: теория и применение Томас Колакот (редактор) 2014 ISBN 978-1-84973-896-5 
  4. ^ ab King, AO; Yasuda, N. (2004). "Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions in the Synthesis of Pharmaceuticals". Металлоорганические соединения в химической обработке . Topics in Organicometallic Chemistry. Vol. 6. Heidelberg: Springer. pp.  205–245 . doi :10.1007/b94551. ISBN 978-3-540-01603-8.
  5. ^ "Нобелевская премия по химии 2010 года - Ричард Ф. Хек, Эйити Негиши, Акира Судзуки". NobelPrize.org. 2010-10-06 . Получено 2010-10-06 .
  6. ^ Йоханссон Сичурн, Карин CC; Китчинг, Мэтью О.; Колакот, Томас Дж.; Сниекус, Виктор (2012). «Кросс-сочетание, катализируемое палладием: историческая контекстуальная перспектива Нобелевской премии 2010 года». Angewandte Chemie International Edition . 51 (21): 5062– 5085. doi :10.1002/anie.201107017. PMID  22573393. S2CID  20582425.
  7. ^ Сан, Чанг-Лян; Ши, Чжан-Цзе (2014). «Реакции сопряжения без переходных металлов». Chemical Reviews . 114 (18): 9219– 9280. doi :10.1021/cr400274j. PMID  25184859.
  8. ^ Тейер, Энн (2005-09-05). "Удаление примесей". Новости химии и машиностроения . Получено 11 декабря 2015 г.
  9. ^ Инь, Л.; Либшер, Дж. (2007). «Реакции сопряжения углерода с углеродом, катализируемые гетерогенными палладиевыми катализаторами». Chemical Reviews . 107 (1): 133– 173. doi :10.1021/cr0505674. PMID  17212474. S2CID  36974481.
  10. ^ Корбет, Жан-Пьер; Миньяни, Жерар (2006). «Избранные запатентованные технологии реакции кросс-сочетания». Chemical Reviews . 106 (7): 2651– 2710. doi :10.1021/cr0505268. PMID  16836296.
  11. ^ Эвано, Гвилерм; Бланшар, Николас; Туми, Матье (2008). «Реакции сопряжения, опосредованные медью, и их применение в синтезе природных продуктов и разработанных биомолекул». Chemical Reviews . 108 (8): 3054–3131 . doi :10.1021/cr8002505. PMID  18698737.
  12. ^ Робин Б. Бедфорд (2015). «Насколько низко опускается железо? В погоне за активными частицами в реакциях кросс-сочетания, катализируемых железом». Acc. Chem. Res . 48 (5): 1485– 1493. doi :10.1021/acs.accounts.5b00042. PMID  25916260.
  13. ^ Каье, Жерар; Мойе, Альбан (2010). «Реакции кросс-сочетания, катализируемые кобальтом». Химические обзоры . 110 (3): 1435–1462 . doi : 10.1021/cr9000786. ПМИД  20148539.
  14. ^ Rosen, Brad M.; Quasdorf, Kyle W.; Wilson, Daniella A.; Zhang, Na; Resmerita, Ana-Maria; Garg, Neil K.; Percec, Virgil (2011). "Nickel-Catalyzed Cross-Couplings Involving Carbon-Oxygen Bonds". Chemical Reviews . 111 (3): 1346– 1416. doi :10.1021/cr100259t. PMC 3055945 . PMID  21133429. 
  15. ^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (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. doi :10.1021/jo01328a016. ISSN  0022-3263.
  17. ^ Клейден, Дж.; Гривз, Н.; Уоррен, С. Органическая химия , 2-е изд.; Oxford UP: Оксфорд, Великобритания, 2012. С. 1069-1102.
  18. ^ Руис-Кастильо, П.; Бухвальд, С.Л. (2016). «Применение катализируемых палладием реакций кросс-сочетания C–N». Chemical Reviews . 116 (19): 12564– 12649. doi :10.1021/acs.chemrev.6b00512. PMC 5070552. PMID  27689804 . 
  19. ^ Дженнифер X. Цяо; Патрик YS Лам (2011). "Последние достижения в реакции сочетания Чана–Лама: реакции перекрестного сочетания связей C–гетероатом, стимулируемые медью, с бороновыми кислотами и их производными". В Деннисе Г. Холле (ред.). Бороновые кислоты: получение и применение в органическом синтезе, медицине и материалах . Wiley-VCH. стр.  315–361 . doi :10.1002/9783527639328.ch6. ISBN 9783527639328.
  20. ^ M. Lafrance; CN Rowley; TK Woo; K. Fagnou (2006). «Каталитическое межмолекулярное прямое арилирование перфторбензолов». J. Am. Chem. Soc. 128 (27): 8754– 8756. CiteSeerX 10.1.1.631.607 . doi :10.1021/ja062509l. PMID  16819868.  
  21. ^ Корнилс, Бой; Бёрнер, Армин; Франке, Роберт; Чжан, Баоксин; Вибус, Эрнст; Шмид, Клаус (2017). «Гидроформилирование». Прикладной гомогенный катализ металлоорганическими соединениями . стр.  23–90 . doi : 10.1002/9783527651733.ch2. ISBN 9783527328970.
  22. ^ Рафли, Стивен Д.; Джордан, Аллан М. (2011). «Инструментарий медицинского химика: анализ реакций, используемых при поиске лекарственных препаратов». Журнал медицинской химии . 54 (10): 3451– 3479. doi :10.1021/jm200187y. PMID  21504168.
  23. ^ Хартвиг, Дж. Ф. Химия органопереходных металлов, от связывания до катализа; University Science Books: Нью-Йорк, 2010. ISBN 1-891389-53-X 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Реакция_перекрестного_сопряжения&oldid=1237173613"