교차커플링반응

Cross-coupling reaction

유기화학에서 교차커플링 반응은 금속촉매의 도움으로 두 조각이 함께 결합되는 반응이다.하나의 중요한 반응 유형에서, 타입 R-M의 주요 그룹 유기농 화합물(R = 유기 조각, M = 주 그룹 중심)은 제품 R-R에서 새로운 탄소-탄소 결합의 형성과 함께 타입 R'X의 유기 할로겐화물과 반응한다.[1][2][3]교차 결합 반응은 결합 반응의 하위 집합이다.그것은 종종 아릴레이션에 사용된다.

리처드 F. 헤크, 니기시 에이이치, 스즈키 아키라 등이 팔라듐을 이용한 교차 결합 반응을 개발한 공로로 2010년 노벨 화학상을 받았다.[4][5]

메커니즘

쿠마다 커플링에 대해 제안된 메커니즘(L = 리간드, Ar = Aryl).

이 메커니즘은 일반적으로 LMRn(R') 유형의 금속 복합체에서 유기 대체물 R과 R'의 환원 제거(여기서 L은 어떤 임의의 구경꾼 리간드)를 포함한다.중요한 중간 LMRn(R')은 낮은 발란스 전구체 L에서n 두 단계 과정으로 형성된다.LM에n 유기 할리드(RX)를 산화 첨가하면 LMRn(X)이 나온다.그 후, 두 번째 파트너는 R'의 출처와 함께 전송을 받는다.−마지막 단계는 촉매를 재생하고 유기농 제품을 주기 위해 두 연결 장치 파편을 환원적으로 제거하는 것이다.C(sp)-X, C(sp2)-X 본드와 같은 불포화 기판은 촉매에 쉽게 추가되기 때문에 부분적으로 더 쉽게 결합된다.탄소원자의 주변 대체물 수가 적기 때문에 이러한 채권의 강직 수요가 적은 결과다.[6]중간자 또한 베타-수화물 제거에 덜 취약하다.[7]

촉매

소노가시라 커플링을 위해 제안된 메커니즘.

촉매는 기능군 내성이 높아 자주 선택하는 팔라듐을 기반으로 하는 경우가 많다.오르가노팔라듐 화합물은 일반적으로 물과 공기에 대해 안정적이다.팔라듐 촉매는 중금속과 관련해 광범위한 규제에 직면한 제약업계에 문제가 될 수 있다.많은 제약 화학자들이 제품의 금속 흔적을 최소화하기 위해 생산 초기에 커플링 반응을 이용하려고 시도한다.[8]Pd를 기반으로 한 이기종 촉매도 잘 개발돼 있다.[9]

구리 기반 촉매도 일반적이며, 특히 이질 원자-C 결합을 수반하는 결합에 대해서는 더욱 그러하다.[10][11]

철,[12] 코발트,[13] 니켈[14] 기반 촉매가 조사되었다.

그룹을 떠나는 중

유기농 파트너에서 탈퇴하는 그룹 X는 트리플플레이트, 토실레이트, 기타 가성비가 사용되어 왔음에도 불구하고 대개 할로겐화물이다.염화물은 오르가노클로린 화합물의 낮은 가격 때문에 이상적인 집단이다.그러나 C-Cl 결합은 너무 불활성이며, 허용 가능한 비율에 대해서는 브롬화 또는 요오드화 이탈 집단이 필요하다.유기측정학 파트너의 주요 그룹 금속은 보통 주석, 아연, 실리콘 또는 붕소와 같은 전기적 원소다.

탄소-탄소 교차 결합

많은 교차 결합은 탄소-탄소 결합을 형성한다.

반응 연도 반응제 A 반응제 B 촉매 비고
카디오-초드키에비치 커플링 1957 RCH sp RC≡CX sp CU 베이스를 요함
카스트로-스텝스 커플링 1963 RCH sp AR-X sp2 CU
코리-하우스 합성 1967 RCuLi2 또는 RMgX sp3 R-X sp2, sp3 CU Kochi의 Cu-catalized 버전, 1971
쿠마다 커플링 1972 아르-mgBr sp2, sp3 AR-X sp2 Pd 또는 Ni 또는 Fe
헥 리액션 1972 알켄 sp2 AR-X sp2 Pd or Ni 베이스를 요함
소노가시라 커플링 1975 RCH sp R-X sp3 sp2 Pd와 Cu 베이스를 요함
네기시 커플링 1977 R-Zn-X sp3, sp2, sp R-X sp3 sp2 Pd or Ni
스틸 크로스 커플링 1978 R-SnR3 sp3, sp2, sp R-X sp3 sp2 Pd or Ni
스즈키반응 1979 R-B(OR)2 sp2 R-X sp3 sp2 Pd or Ni 베이스를 요함
무라하시 커플링[15] 1979 알리 sp2, sp3 R-X sp2 Pd 또는 Ru
히야마 커플링 1988 R-SiR3 sp2 R-X sp3 sp2 피디 베이스를 요함
후쿠야마 커플링 1998 알젠아이 sp3 RCO(SET) sp2 Pd or Ni Libeskind-Srogl 커플링 참조, 케톤 제공
리베스킨트-스로글 커플링 2000 R-B(OR)2 sp3, sp2 RCO(SET) Ar-SME sp2 피디 CuTC 필요, 케톤 제공
(Li) 교차 탈수소 결합(CDC) 2004 R-H sp, sp2, sp3 R'-H sp, sp2, sp3 Cu, Fe, Pd 등 산화제나 탈수제를 필요로 한다.

탄소-히터원자 커플링

많은 교차 결합은 탄소-히터 원자 결합을 형성한다(히터 원자 = S, N, O).일반적인 방법은 Buchwald-Hartwig의 반응이다.

The Buchwald–Hartwig reaction

(Eq.1)

반응 연도 반응제 A 반응제 B 촉매 비고
울만형반응 ArO-MM, ArNH2, RS-M,NC-M sp3 Ar-X(X = OAr, N(H)Ar, SR, CN) sp2 CU
찬-람 커플링[16] Ar-B(OR)2 sp2 아-NH2 sp2 CU
부흐발트-하트비히 반응[17] 1994 R2N-H sp3 R-X sp2 피디 N-C 커플링,
2세대 프리 아민

잡반응

카이스 파그누와 동료들은 아릴 할로겐화물과 불소화 아레네스의 팔라듐 분석 교차 결합 반응을 위한 한 가지 방법을 보고했다.전자 결핍 아레네에서 C-H 기능화를 수반한다는 점에서 이례적이다.[18]

Fluoroarene coupling

적용들

교차 결합 반응은 의약품 생산에 중요하다.[3] 예를 들어 몬텔루카스트, 엘렉트로판, 나프록센, 바레니클라인, 레스베라트롤 등이 그것이다.[19]스즈키 커플링이 가장 널리 사용되고 있다.[20]일부 폴리머와 모노머도 이런 방식으로 준비된다.[7]

리뷰

  • Fortman, George C.; Nolan, Steven P. (2011). "N-Heterocyclic carbene (NHC) ligands and palladium in homogeneous cross-coupling catalysis: a perfect union". Chemical Society Reviews. 40 (10): 5151–69. doi:10.1039/c1cs15088j. PMID 21731956.
  • Yin; Liebscher, Jürgen (2007). "Carbon−Carbon Coupling Reactions Catalyzed by Heterogeneous Palladium Catalysts". Chemical Reviews. 107 (1): 133–173. doi:10.1021/cr0505674. PMID 17212474. S2CID 36974481.
  • Jana, Ranjan; Pathak, Tejas P.; Sigman, Matthew S. (2011). "Advances in Transition Metal (Pd,Ni,Fe)-Catalyzed Cross-Coupling Reactions Using Alkyl-organometallics as Reaction Partners". Chemical Reviews. 111 (3): 1417–1492. doi:10.1021/cr100327p. PMC 3075866. PMID 21319862.
  • Molnár, Árpád (2011). "Efficient, Selective, and Recyclable Palladium Catalysts in Carbon−Carbon Coupling Reactions". Chemical Reviews. 111 (3): 2251–2320. doi:10.1021/cr100355b. PMID 21391571.
  • Miyaura, Norio; Suzuki, Akira (1995). "Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organoboron Compounds". Chemical Reviews. 95 (7): 2457–2483. CiteSeerX 10.1.1.735.7660. doi:10.1021/cr00039a007.
  • Roglans, Anna; Pla-Quintana, Anna; Moreno-Mañas, Marcial (2006). "Diazonium Salts as Substrates in Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions". Chemical Reviews. 106 (11): 4622–4643. doi:10.1021/cr0509861. PMID 17091930. S2CID 8128630.

참조

  1. ^ 전이금속 봉을 이용한 유기합성 ISBN 978-1-84127-107-1
  2. ^ 교차 결합의 새로운 추세: 토마스 콜라콧 (편집자) 2014 ISBN 978-1-84973-896-5
  3. ^ a b King, A. O.; Yasuda, N. (2004). "Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions in the Synthesis of Pharmaceuticals". Organometallics in Process Chemistry. Topics in Organometallic Chemistry. Vol. 6. Heidelberg: Springer. pp. 205–245. doi:10.1007/b94551. ISBN 978-3-540-01603-8.
  4. ^ "The Nobel Prize in Chemistry 2010 - Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki". NobelPrize.org. 2010-10-06. Retrieved 2010-10-06.
  5. ^ Johansson Seechurn, Carin C. C.; Kitching, Matthew O.; Colacot, Thomas J.; Snieckus, Victor (2012). "Palladium-Catalyzed Cross-Coupling: A Historical Contextual Perspective to the 2010 Nobel Prize". Angewandte Chemie International Edition. 51 (21): 5062–5085. doi:10.1002/anie.201107017. PMID 22573393. S2CID 20582425.
  6. ^ Hansen, Thomas; Sun, Xiaobo; Dalla Tiezza, Marco; Zeist, Willem‐Jan; Poater, Jordi; Hamlin, Trevor A.; Bickelhaupt, F. M. (31 January 2022). "C( sp n )−X (n=1–3) Bond Activation by Palladium". Chemistry – A European Journal. doi:10.1002/chem.202103953.
  7. ^ a b Hartwig, J. F. Organotrition Metal Chemistry, 본딩에서 카탈루션까지; University Science Books: New York, 2010.ISBN 1-891389-53-X
  8. ^ Thayer, Ann (2005-09-05). "Removing Impurities". Chemical & Engineering News. Retrieved 2015-12-11.
  9. ^ Yin, L.; Liebscher, J. (2007). "Carbon−Carbon Coupling Reactions Catalyzed by Heterogeneous Palladium Catalysts". Chemical Reviews. 107 (1): 133–173. doi:10.1021/cr0505674. PMID 17212474. S2CID 36974481.
  10. ^ Corbet, Jean-Pierre; Mignani, Gérard (2006). "Selected Patented Cross-Coupling Reaction Technologies". Chemical Reviews. 106 (7): 2651–2710. doi:10.1021/cr0505268. PMID 16836296.
  11. ^ Evano, Gwilherm; Blanchard, Nicolas; Toumi, Mathieu (2008). "Copper-Mediated Coupling Reactions and Their Applications in Natural Products and Designed Biomolecules Synthesis". Chemical Reviews. 108 (8): 3054–3131. doi:10.1021/cr8002505. PMID 18698737.
  12. ^ Robin B. Bedford (2015). "How Low Does Iron Go? Chasing the Active Species in Fe-Catalyzed Cross-Coupling Reactions". Acc. Chem. Res. 48 (5): 1485–1493. doi:10.1021/acs.accounts.5b00042. PMID 25916260.
  13. ^ Cahiez, GéRard; Moyeux, Alban (2010). "Cobalt-Catalyzed Cross-Coupling Reactions". Chemical Reviews. 110 (3): 1435–1462. doi:10.1021/cr9000786. PMID 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. ^ Murahashi, Shunichi; Yamamura, Masaaki; Yanagisawa, Kenichi; Mita, Nobuaki; Kondo, Kaoru (1979). "Stereoselective synthesis of alkenes and alkenyl sulfides from alkenyl halides using palladium and ruthenium catalysts". The Journal of Organic Chemistry. 44 (14): 2408–2417. doi:10.1021/jo01328a016. ISSN 0022-3263.
  16. ^ Jennifer X. Qiao; Patrick Y.S. Lam (2011). "Recent Advances in Chan–Lam Coupling Reaction: Copper-Promoted C–Heteroatom Bond Cross-Coupling Reactions with Boronic Acids and Derivatives". In Dennis G. Hall (ed.). Boronic Acids: Preparation and Applications in Organic Synthesis, Medicine and Materials. Wiley-VCH. pp. 315–361. doi:10.1002/9783527639328.ch6. ISBN 9783527639328.
  17. ^ Ruiz-Castillo, P.; Buchwald, S. L. (2016). "Applications of Palladium-Catalyzed C–N Cross-Coupling Reactions". Chemical Reviews. 116 (19): 12564–12649. doi:10.1021/acs.chemrev.6b00512. PMC 5070552. PMID 27689804.
  18. ^ M. Lafrance; C. N. Rowley; T. K. Woo; K. Fagnou (2006). "Catalytic Intermolecular Direct Arylation of Perfluorobenzenes". J. Am. Chem. Soc. 128 (27): 8754–8756. CiteSeerX 10.1.1.631.607. doi:10.1021/ja062509l. PMID 16819868.
  19. ^ Cornils, Boy; Börner, Armin; Franke, Robert; Zhang, Baoxin; Wiebus, Ernst; Schmid, Klaus (2017). "Hydroformylation". Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds. pp. 23–90. doi:10.1002/9783527651733.ch2. ISBN 9783527328970.
  20. ^ Roughley, Stephen D.; Jordan, Allan M. (2011). "The Medicinal Chemist's Toolbox: An Analysis of Reactions Used in the Pursuit of Drug Candidates". Journal of Medicinal Chemistry. 54 (10): 3451–3479. doi:10.1021/jm200187y. PMID 21504168.