Tverrkobling

Under krysskopling er forstått koblingsreaksjoner mellom to forskjellige molekyler, karakterisert ved at metallorganiske katalyserte karbon -karbon-bindinger dannes.

betydning

Tverrkobling er et viktig verktøy i preparativ organisk kjemi og er av særlig betydning i syntesen av medikamentbiblioteker for å undersøke struktur-aktivitetsforhold (SAR).

De organometalliske forbindelsene og kompleksene som brukes her kan produseres relativt enkelt via metallisering , transmetalisering eller halogen-metall-utveksling eller innsetting i en halogen - karbonbinding . De fleste krysskoblingsreaksjoner er overgangsmetallkatalyserte reaksjoner. Platinaelementene som palladium og platina er spesielt viktige her. Men relativt billige metaller som jern brukes også her.

historie

Fram til 1960-tallet var bare koblingsreaksjoner av typen Wurtz-Fittig kjent. I denne prosessen reageres en organometallisk forbindelse med et halogenid for å danne koblingsproduktet og spaltingen av det tilsvarende metallhalogenid. Her er organiske litium- og magnesiumforbindelser av særlig betydning. Reaksjonene katalyseres vanligvis ikke, men er støkiometriske reaksjoner. Imidlertid er disse eldgamle ukatalyserte koblingene begrenset til noen få substrater, slik som alkyl , allyl og benzylhalogenider . Gjennomføringen med z. B. vinyl eller fenyl- halogenider er ikke mulig på denne måte, og utbyttene av denne type kopling er ofte ganske beskjedent. Som et resultat har denne typen tverrkobling neppe oppnådd noen betydning.

Det var først med Stephens-Castro-koblingen i 1963 at prototypen til den moderne tverrkoblingen ble oppdaget. I denne ukatalyserte koblingen omdannes et kobberacetylid til en aryl-acetylenkobling.

I 1972 ble koblingsreaksjonen oppkalt etter ham oppdaget av Kumada . I denne reaksjonen, katalysert av nikkelfosfin- eller palladiumfosfin- komplekser, er Grignard-forbindelser koblet med alkenyl- eller arylhalogenider i betydningen Wurtz-Fittig-kobling. I dagens forstand er det imidlertid ikke snakk om tverrkobling, siden målrettet kobling av to forskjellige reaktanter fremdeles var vanskelig å kontrollere.

Senere, i 1977, publiserte Ei-ichi Negishi den første sanne krysskoblingen med reaksjonen oppkalt etter ham . I denne koblingen mellom et arylhalogenid og en sinkorganyl blir usymmetriske biarylforbindelser fremstilt under nikkel- eller palladiumkatalyse. Dette la grunnlaget for dagens tverrkoblinger. Andre typer krysskoblinger fulgte deretter, som alle fremdeles er viktige i dag og har gjort de klassiske koblingsreaksjonene praktisk talt meningsløse.

Negishi, Richard Fred Heck og Akira Suzuki ble tildelt Nobelprisen i kjemi i 2010 for sitt arbeid med krysskobling .

Palladium-, platina- og nikkelkatalyserte tverrkoblinger

De fleste krysskoblingene som fremdeles er viktige i dag er palladium-, platina- eller nikkelkatalysert - der palladium igjen er det viktigste. I industrielle prosesser er man imidlertid fristet til å bytte til billigere metaller som katalysator.

Reaksjonsmekanisme

Dagens oppfatning av mekanismen for tverrkoblingsreaksjonen er den samme for alle reaksjonstyper. Under den katalytiske syklusen endrer metallatomet sin oksidasjonstilstand to ganger. For at en asymmetrisk kobling skal være mulig, må begge reaktantene aktiveres forskjellig. Normalt er en av reaktantene forsynt med en utgående gruppe , i hvilken binding med karbonatomet metallatomet til katalysatoren kan sette inn via en oksidativ tilsetning . I neste trinn transmetalliseres den organometalliske forbindelsen med katalysator-substratkomplekset. Ved hjelp av reduktiv eliminering frigjøres katalysatoren i den opprinnelige oksidasjonstilstanden og koblingsproduktet dannes i prosessen.

Mekanisme for tverrkoblingsreaksjonen * Kat = Pd, Pt, Ni * X = utgående gruppe * R = aryl, alkenyl, acetylenyl

Eksempler

Hiyama clutch
Kumada clutch
Reagensens sterke basis kan være problematisk når du bruker Kumada-koblingen. Derfor kan basesensitive substrater vanligvis ikke brukes, mange funksjonelle grupper tolereres ikke, f.eks. B. ketoner og aldehyder som inngår i tilleggsreaksjoner med reagenset (se også: Grignard-reaksjon ).
Negishi clutch
Den Negishi kopling tolererer mange funksjonelle grupper på substratet. Det er en veldig mild metode og brukes derfor mye. (Mulig ulempe: det må være mulig å produsere reagenset fra de respektive joderte artene. Dette er en teknisk kompleks metode fordi det krever mye energi.)
Stillhetskobling
Stille-koblingen tåler også mange funksjonelle grupper på underlaget; det er den mildeste av metodene som presenteres. Reagenset er nøytralt mot Brønsted-syrer og baser. Imidlertid er toksisiteten til reagenset problematisk, slik tilfellet er med de fleste organiske tinnforbindelser (se tributyltennhydrid ).
Suzuki clutch
Suzuki-koblingen er den mest avanserte metoden for krysskobling, selv om det (for det meste ikke-giftige) reagenset er litt grunnleggende, tolereres de fleste av de funksjonelle gruppene. Den store fordelen med denne metoden er at restene R og R 'også kan kobles via sp3-hybridiserte karbonatomer.

Unntak

Cacchi og Sonogashira (Hagihara) krysser koblinger

Prinsippet for Cacchi og Sonogashira (Hagihara) tverrkoblinger er relatert til tverrkoblingene som allerede er nevnt, så olefiniske eller aromatiske substrater er også knyttet til hverandre på et palladiumkompleks. Imidlertid fortsetter de via en helt annen mekanisme, som er beskrevet i artikkelen med samme navn.

Heck reaksjon

Den Heck-reaksjon er en viktig organochemical navn reaksjon for den palladium- katalyserte fremstilling av aryl- olefiner . På grunn av sin spesielle mekanisme er det ikke en klassisk tverrkobling og blir derfor ikke behandlet individuelt her, men er oppført her på grunn av sin evne til å koble to forskjellige substrater gjennom dannelse av C - C bindinger.

Cu-katalysert tverrkobling

Følgende skal nevnes som kobberkatalyserte krysskoblinger:

Se også

Individuelle bevis

  1. ↑ Kohei Tamao, Koji Sumitani, Makoto Kumada: Selektiv karbon-karbonbindingsdannelse ved tverrkobling av Grignard-reagenser med organiske halogenider. Katalyse av nikkel-fosfin komplekser . I: Journal of the American Chemical Society . teip 94 , nr. 12. juni 1972, s. 4374-4376 , doi : 10.1021 / ja00767a075 .
  2. ↑ RJP Corriu, JP Masse: Aktivering av Grignard-reagenser av overgangsmetallkomplekser. En ny og enkel syntese av trans-stilbener og polyfenyler . I: Journal of the Chemical Society, Chemical Communications . Nei. 3 , 1. januar 1972, s. 144a , doi : 10.1039 / C3972000144A .
  3. ↑ Kohei Tamao et al: Nikkel-fosfin kompleks-katalysert Grignard-kobling. I. Tverrkobling av alkyl-, aryl- og alkenyl-Grignard-reagenser med aryl- og alkenylhalogenider: Generelt omfang og begrensninger. I: Bulletin of the Chemical Society of Japan . teip 49 , nr. 7 , 1976, s. 1958–1969 , doi : 10.1246 / bcsj.49.1958 .
  4. ↑ Dennis G. Morrell, Jay K. Kochi: Mekanistiske studier av nikkelkatalyse i tverrkobling av arylhalogenider med alkylmetaller. Rollen til arylalkylnickel (II) arter som mellomprodukter . I: Journal of the American Chemical Society . teip 97 , nr. 25. desember 1975, s. 7262-7270 , doi : 10.1021 / ja00858a011 .
  5. ↑ E. Negishi, T. Takahashi, S. Baba, DE Van Horn, N. Okukado: palladium- eller nikkel-katalyse av Alkenylmetals med umettede organiske halogenider som en Selektiv rute til arylert alkener og konjugerte diener: omfang, begrensninger, og Mekanisme . I: Journal of the American Chemical Society . teip 109 , nr. 8 , 15. april 1987, s. 2393 .

weblenker

I portalen for organisk kjemi :

Pd-, Pt-, Ni-katalyserte krysskoblinger

Cu-katalysert tverrkobling