울만 반응

Ullmann reaction
울만 반응
이름은 다음과 같습니다. 프리츠 울만
반응형 커플링 반응
식별자
유기화학포털 울만-
RSC 온톨로지 ID RXNO:0000040

Fritz Ullmann의 이름을 딴 Ullmann 반응 또는 Ullmann 커플링은 구리의 도움으로 두 개의 아릴 또는 알킬기를 결합합니다. 이 반응은 1901년 울만과 그의 제자 빌레키에 의해 처음 보고되었습니다. 팔라듐과 니켈도 효과적으로 사용할 수 있다는 것이 나중에 밝혀졌습니다.[1][2]

Ullman overview
울만개요

아릴-아릴 결합 형성은 천연물 합성, 의약품, 농약, 상업용 염료 및 폴리아로마틱 개발에 걸쳐 응용되는 현대 유기 합성의 기본 도구입니다. 100년 이상의 역사를 가진 울만 반응은 주로 구리인 전이 금속을 더 높은 산화 상태에서 사용한 최초의 반응 중 하나입니다. 산업에서 비아릴 결합의 중요한 의미에도 불구하고 울만 반응은 초기 개발에서 여러 가지 문제로 인해 어려움을 겪었습니다. 그러나 현대에 와서 울만 반응은 구리가 다른 촉매 금속에 비해 몇 가지 장점으로 인해 관심이 되살아났습니다.

메카니즘

울만 반응의 반응 메커니즘은 광범위하게 연구되었습니다. 전자 스핀 공명은 라디칼 중간체를 배제합니다. 이것은 하트위그와 동료들이 2008년에 수행한 일련의 실험에서 확인되었습니다.[3] 팔라듐 촉매에서 관찰되는 산화적 첨가/환원 제거 순서는 구리(III)가 거의 관찰되지 않기 때문에 구리의 경우 가능성이 낮습니다. 반응은 친핵성 방향족 치환에서 다른 아릴 반응물과 반응하는 유기 구리 화합물(RCuX)의 형성을 포함할 가능성이 높습니다. σ-결합 메타시스와 같은 대안적 메커니즘이 제안되었습니다. 아래와 같은 단순화된 메커니즘은 일반적으로 받아들여지고 있습니다.[7]

범위

Fritz Ullmann과 그의 학생 Biellecki가 처음으로 반응을 보고했습니다.[8] 이 획기적인 결과는 전이 금속이 아릴 탄소-탄소 결합 형성을 수행하는 데 도움이 될 수 있다는 것을 처음으로 보여준 것입니다.

고전적인 Ullmann biaryl 커플링의 대표적인 예는 구리 - 청동 합금을 사용하여 오르토-클로로니트로벤젠을 2,2'-디니트로비페닐로 전환하는 것입니다.[9][10]

CH(NO)Cl 2개 + Cu 2개 → (CH(NO)) + CuCl 2개

반응은 상당히 정교한 기판에 적용되었습니다.

Ullmann reaction
울만 반응

울만 반응의 전통적인 버전은 구리의 화학량론적 등가물, 가혹한 반응 조건을 필요로 하며, 반응은 불규칙한 수율로 유명합니다. 따라서 전통적인 울만 반응은 원자 경제성이 좋지 않고 독성 CuI를 생성했습니다. 이러한 문제 때문에 많은 개선 사항과 대체 절차가 도입되었습니다.[11][12][13]

고전적인 울만 반응은 전자 결핍 아릴 할라이드(따라서 위의 2-니트로페닐 클로라이드의 예)로 제한되며 가혹한 반응 조건을 필요로 합니다. 팔라듐과 니켈을 사용하는 Ullman 반응의 현대적 변형은 반응의 기질 범위를 넓히고 반응 조건을 더 부드럽게 만들었습니다. 그러나 수익률은 일반적으로 여전히 완만합니다.[14] 유기 합성에서 이 반응은 종종 Heck 반응, Hiyama 커플링 및 Sonogashira 커플링과 같은 팔라듐 커플링 반응으로 대체됩니다.

비페닐렌은 2,2-디이오도비페닐 또는 2,2-디이오도비페닐이온을 출발물질로 사용하여 합리적인 수율로 이전에 얻어졌습니다.

Ullmann byphenylene synthesis

5원 고리의 폐쇄가 더 쉽지만 이 방법을 사용하여 더 큰 고리도 만들어졌습니다.

Ring close sonogashira
현대 개발에는 이종 구리 촉매 및 나노 입자의 사용도 포함됩니다. 촉매를 제품에서 쉽게 분리하여 폐기물과 비용을 줄일 수 있기 때문에 매우 바람직합니다. [15] 구리 나노 입자의 경우, 촉매 활성은 크기와 응집체 형성에 따라 달라졌습니다.

Ullman Coupling을 위한 Bidentate 리간드

2000년경, 울만 반응의 효율을 향상시키는 다양한 이량체 리간드가 발견되었습니다. 이중 리간드는 더 온화한 반응 조건과 더 높은 기능성 그룹 내성을 허용합니다. 여기에는 아미노산, 옥신, 쉬프 염기 및 기타 많은 O-O 또는 N-N 2합체가 포함됩니다.[16][17][18] 이러한 초기 이중 시스템은 울만 반응의 실용성을 높였지만 여전히 단점을 가지고 있었습니다. 구리와 리간드의 높은 적재량이 필요했고 악명높게 어려운 아릴-염화물의 활성화는 여전히 불가능했습니다. 이러한 문제는 2015년 특수 옥살산 디아민 리간드의 설계로 해결되어 울만 반응을 산업적으로 적용할 수 있게 되었습니다.[19]

비대칭 및 비대칭 커플링

바이아릴 화합물의 울만 합성은 카이랄 반응물로부터 카이랄 생성물을 생성하는 데 사용될 수 있습니다.[20] Nelson과 공동 연구자들은 비대칭 비아릴 화합물의 합성 작업을 수행하여 열역학적으로 제어된 생성물을 얻었습니다.[20]

Ullman Asymmetric reaction

제품의 디아스테레오머 비율은 보조 옥사졸린 그룹의 벌크 R 그룹으로 향상됩니다.

비대칭 울만 반응은 거의 추구되지 않지만 두 커플링 성분 중 하나가 과도할 때 달성됩니다.[12]

이미다졸 울만 반응

울만 반응은 전자가 결핍된 아릴할라이드에 국한되며 가혹한 반응 조건이 필요합니다. 유기 합성에서 이 반응은 종종 Heck 반응, Hiyama 커플링 및 Sonogashira 커플링과 같은 팔라듐 커플링 반응으로 대체됩니다.

울만 반응의 변형에서, β-브로모스티렌을 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트와 같은 이온성 액체에서 이미다졸과 반응시켜 N-스티리미다졸을 수득하는 방법.[21] 반응은 촉매로서 요오드화구리 외에 L프롤린을 필요로 합니다.

이미다졸 울만 반응.

산업용 응용프로그램

수성 울만 반응은 파일럿 플랜트 규모에서 사용되었습니다.[22]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Yin; Liebscher, Jürgen (2007-01-01). "Carbon−Carbon Coupling Reactions Catalyzed by Heterogeneous Palladium Catalysts". Chemical Reviews. 107 (1): 133–173. doi:10.1021/cr0505674. ISSN 0009-2665.
  2. ^ Nelson, Todd D.; Crouch, R. David (2004-11-23). "Cu‐, Ni‐, and Pd‐Mediated Homocoupling Reactions in Biaryl Syntheses: The Ullmann Reaction". ChemInform. 35 (51). doi:10.1002/chin.200451250. ISSN 0931-7597.
  3. ^ Tye, Jesse W.; Weng, Zhiqiang; Johns, Adam M.; Incarvito, Christopher D.; Hartwig, John F. (2008-07-01). "Copper Complexes of Anionic Nitrogen Ligands in the Amidation and Imidation of Aryl Halides". Journal of the American Chemical Society. 130 (30): 9971–9983. doi:10.1021/ja076668w. ISSN 0002-7863.
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