Кіріспе

Органикалық синтезде қолданылатын химиялық реакция

Стилле реакциясы – органикалық синтезде кеңінен қолданылатын химиялық реакция. Бұл реакция екі органикалық топтың қосылуын қамтиды, олардың біреуі органотин қосылысы (органостанандар деп те аталады) түрінде болады. Екінші қосылу серігін әртүрлі органикалық электрофилдер қамтамасыз етеді. Стилле реакциясы – палладий катализдік реакциялардың бірі. : Аллил, алкенил, арил, бензил, ацил
: Галогенидтер (Cl, Br, I), псевдогалогенидтер (OTf, OPO(OR)2), OAc
Триалкилтинге байланысқан R1 тобы әдетте sp2 гибридтелген, оның ішінде винил және арил топтары кіреді. Бұл органостанандар ауа мен ылғалға тұрақты, сондай-ақ көптеген реагенттер коммерциялық түрде қолжетімді немесе әдебиет деректері бойынша синтезделуі мүмкін. Дегенмен, бұл қалайы реагенттері өте улы. X әдетте галогенид, мысалы, Cl, Br немесе I, бірақ трифлаттар, сульфонаттар және фосфаттар сияқты псевдогалогенидтер де қолданылуы мүмкін. Бірнеше шолулар жарияланған.

Тарих

Арил галоидтарымен органотин реагенттерінің палладиймен катализделген бірігуінің алғашқы мысалын Колин Эаборн 1976 жылы жариялады. Бұл реакция диарил өнімінің 7%-дан 53%-ға дейін шығыс берді. Бұл процесті 1977 жылы Тошихико Мигита ацил хлоридтерін алкил қалайы реагенттерімен біріктіруге кеңейтті, нәтижесінде 53%-дан 87% кетон өнімі алынды. 1977 жылы Мигита арил (С) және ацил (D) галоидтарымен аллил-қалайы реагенттерін біріктіру бойынша қосымша жұмыс жариялады. Аллил топтарының палладий катализаторына оңай көшу қабілеті реакцияларды төмен температурада жүргізуге мүмкіндік берді. Арил галоидтары үшін шығыс 4%-дан 100%-ға дейін, ал ацил галоидтары үшін 27%-дан 86%-ға дейін болды. Мигита мен Косугидің алғашқы үлесін көрсететін Stille реакциясы кейде Мигита–Косуги–Stille жұптасуы деп аталады. Джон Кеннет Стилл 1978 жылы әртүрлі алкил-қалайы реагенттерін көптеген арил және ацил галоидтарымен, қалыпты реакция жағдайында (76%–99%) әлдеқайда жақсы шығыспен біріктіру туралы хабарлады. Стилл 1980 жылдары осы кең және жұмсақ процесті қолдана отырып, көптеген кетондарды синтездеу бойынша жұмысын жалғастырды және осы трансформацияның механизмін анықтады. 1980 жылдардың ортасына қарай қалайыны қамтитын біріктіру реакциялары тақырыбында 65-тен астам мақала жарияланды, бұл реакцияның субстраттық ауқымын зерттеуді жалғастырды. Алғашқы зерттеулер алкил топтарын біріктіруге бағытталған, ал кейінгі жұмыстар винил, алкенил, арил және аллил органостананды галоидтармен синтетикалық жағынан пайдалы біріктіруді қамтиды. Осы органотин реагенттерінің ауаға тұрақтылығы және синтездеу оңайлығынан Stille реакциясы органикалық синтезде кең таралды. Каталитикалық цикл палладий катализаторына галоид немесе псевдогалоидтың (2) оксидативтік қосылуын (1), 3 органотин реагентімен (4) трансметалдауын және 5 редуктивтік жоюын біріктірілген өнімді (7) және регенерацияланған палладий катализаторын (1) алу үшін қамтиды. Дегенмен, Stille жұптасуының егжей-тегжейлі механизмі өте күрделі және көптеген реакциялық жолдар арқылы жүруі мүмкін. Басқа палладиймен катализделетін біріктіру реакциялары сияқты, белсенді палладий катализаторы 14 электронды Pd(0) кешені деп есептеледі, оны әртүрлі жолдармен жасауға болады. 18 немесе 16 электронды Pd(0) көзін пайдалану, мысалы, Pd(PPh3)4, Pd(dba)2 активті түрлерді қалыптастыру үшін лигандтардың диссоциациясына ұшырауы мүмкін. Екінші, лигандсыз палладийге фосфиндерді қосуға болады. Соңында, суретте көрсетілгендей, Pd(II) көзінің (8) (Pd(OAc)2, PdCl2(MeCN)2, PdCl2(PPh3)2, BnPdCl(PPh3)2 және т.б.) қосылған фосфин лигандтары немесе органотин реагенттерімен тотығуы да жиі кездеседі. Кейбір жағдайларда, әсіресе sp3 гибридтелген органогалид қолданылғанда, SN2 типті механизм басым болады, бірақ бұл әдебиетте жиі кездеспейді. Изомеризацияның артықшылығының бірнеше себебі бар. Біріншіден, бұл процестерде фосфиндер сияқты ірі лигандтар жиынтығы қолданылады және олардың бір-біріне қатысты цис бағытын қабылдауы өте қолайсыз, нәтижесінде изомерлендіру қолайлы транс өнімге айналады. Бұл теория бойынша палладий – гипервалентті түр. Сондықтан R1 және транс лиганд бір-бірімен транс болу арқылы бір палладий орбиталымен байланысу үшін бәсекелеседі. Бұл 4 электронды 3 орталық байланысы екі күшті донорлық топ бар болғанда әлсіз болады, олар палладий орбиталы үшін қатты бәсекелеседі. Кез келген қалыпты қолданылатын лигандпен салыстырғанда, C донор R1 лигандінің транс әсері әлдеқайда жоғары. Бұл транс әсері – бір-бірімен бәсекелесетін транс лигандтардың палладий орбиталы үшін қалай бәсекелесетінін өлшейтін өлшем. Әдеттегі лигандтар жиынтығы, фосфиндер және C донорлары (R1) екеуі де жұмсақ лигандтар, яғни олар палладийге берік байланыстар жасайды және байланысу үшін бір-бірімен қатты бәсекелеседі. Галидтер немесе псевдогалидтер электронегативтілігі әлдеқайда жоғары болғандықтан, олардың палладиймен байланысы жоғары поляризацияланады, олардың көпшілігі X тобындағы электрон тығыздығына ие, бұл оларды төмен транс эффектті лигандтар етеді. Сондықтан R1 тобының X-ке транс болуы өте қолайлы болады, өйткені R1 тобы палладийге мықты байланыс жасай алады. Біріншіден, органостаннан бастапқыда трансметалл кешеніне қосылғанда, Х тобы палладийге қосымша қалайымен үйлестіре алады, циклдық ауысу жағдайын тудырады. Бұл аддуктың ыдырауы R3Sn X-тің жоғалуына және R1 және R2 цис қатынаста болатын үш валентті палладий кешенінің жоғалуына әкеледі. Тағы бір жиі кездесетін механизм жоғарыда көрсетілгендей транс-палладий кешеніне органостананның бастапқы қосылуын қамтиды; бірақ бұл жағдайда, Х тобы қалайымен үйлеспейді, ашық ауысу жағдайын тудырады. α-көміртегі қалайыға қатысты палладийға шабуылданғаннан кейін, қалайы кешені оң зарядпен кетеді. Суретте көрсетілгендей, қос байланыс қалайымен үйлесетін болса, ол R2 болып табылады, яғни кез келген алкенил, аллил немесе арил тобы. Сонымен қатар, X тобы механизм кезінде кез келген уақытта диссоциацияланып, соңында Sn+ кешенімен байланыса алады. Тығыздық функционалдық теория есептеулері ашық механизм егер 2 лиганд палладийге байланысты болса және X тобы кетсе, ал циклдық механизм егер лиганд трансметалдаудан бұрын диссоциацияланса, ықтимал екенін болжайды. Сондықтан, трифлаттар сияқты жақсы кетіп қалатын топтар полюстік еріткіштерде циклдық ауысу жағдайын ұсынады, ал ірі фосфин лигандтары ашық ауысу жағдайын ұсынады. Біріншіден, трансметалдау қадамынан алынған 16 электронды төрт валентті аралық квадрат жазықтық кешеннен көмексіз редуктивтік жоюға ұшырауы мүмкін. Бұл реакция екі қадамда жүреді: біріншіден, редуктивтік жою, содан кейін R1 және R2 арасындағы жаңа сигма байланысының металға қосылуы, соңында біріктірілген өнімді шығару. Жоғары шығыс пен айналым жылдамдығымен реакцияны жүзеге асыру үшін қай лигандтар ең жақсы екенін анықтау қиын болуы мүмкін. Себебі оксидативтік қосылу электронға бай металды қажет етеді, сондықтан электрон беретін лигандтарды ұсынады. Дегенмен, электрон тапшы металл трансметалдау және редуктивтік жою қадамдары үшін қолайлырақ, сондықтан электронды тартып алатын лигандтар осында ең жақсы. Сондықтан, оңтайлы лигандтар жиынтығы қолданылатын нақты субстраттар мен жағдайларға өте байланысты. Бұл трансметалдау қадамының жылдамдық шектеуші қадамын және механизмін өзгерте алады. Әдетте, орташа донорлыққа ие лигандтар, мысалы, фосфиндер қолданылады. Три 2 фурилфосфин немесе трифенил арсени сияқты орташа электрон тапшы лигандтар қолданылғанда жылдамдық артуын байқауға болады. Сонымен қатар, жоғары донорлық санына ие лигандтар біріктіру реакцияларын баяулатуы немесе тежеуі мүмкін. Бұл байқаулар Stille реакциясы үшін жылдамдық шектеуші қадам әдетте трансметалдау екенін көрсетеді. Литий хлориді X тобы палладийден диссоциацияланған жағдайларда (яғни, ашық механизм) жылдамдықты арттырушы күшті күш екені анықталды. Хлорид ионы палладийдегі X тобын ығыстырып, катализаторды трансметалдау үшін белсендірек етеді немесе Pd(0) аддуктына координацияланып, оксидативтік қосылуды жеделдетеді деп есептеледі. Сонымен қатар, LiCl тұзы еріткіштің полюстігін арттырады, бұл бұл әдетте аниондық лигандтың (-Cl, -Br, -OTf және т.б.) кетуін жеңілдетеді. Бұл қосымдық зат THF сияқты еріткіш қолданылғанда қажет; бірақ, NMP сияқты полюстік еріткішті пайдалану бұл тұз қосымдылығын алмастыра алады. Дегенмен, жұптасудың трансметалдау қадамы циклдық механизм арқылы жүргенде, литий хлоридін қосу жылдамдықты азайтуы мүмкін. Циклдық механизмде фосфин сияқты бейтарап лиганд аниондық X тобының орнына диссоциациялануы керек. Соңында, фторид иондарының көздері, мысалы, цезий фториді де каталитикалық циклға әсер етеді. Біріншіден, фторид органотрифлаттардың реакцияларының жылдамдығын арттыра алады, мүмкін литий хлориді сияқты әсермен. Сонымен қатар, фторид иондары қалайыны...

Табиғи өнімнің жалпы синтезі

Ларри Оверманның 19 қадамдық энантиоселективті тотал синтезі квадригемин С екі реттік Стилле кросс-метатез реакциясын қамтиды. Кешенді органостанан екі арил йодид тобына қосылады. Екі рет Heck циклданудан кейін өнімге қол жеткізіледі. Панек антибиотик ансамицині (+) микотриенолдың 32 қадамдық энантиоселективті толық синтезі соңғы сатыда тандемді Стилле типіндегі макроциклді жұптастыруды пайдаланады. Мұнда органостанан алькенге жалғанған екі терминалды трибутил қақтал тобына ие. Бұл органостанан сызықтық бастапқы материалдың екі шетін макроциклге "тігіп", процесте жетіспейтін екі метилен бірлігін қосады. Ароматты ядроны керик аммоний нитраты (CAN) арқылы тотықтырғаннан кейін және фторсутекті қышқылмен қорғауды жойғаннан кейін, табиғи өнім 3 қадам үшін 54% өнімділікпен алынады. Стивен Ф. Мартин және әріптестерінің 21 қадамдық энантиоселективті толық синтезі манзаминнің ісікке қарсы алкалоиды Ircinal A үшін Стилле/Дильс-Альдер реакциясын қолданады. Винилбромидке алкен тобы қосылады, содан кейін қосылған алкен мен пирролидин сақинасындағы алкен арасында in situ Дильс-Альдер циклоаддициясы жүзеге асырылады. Сансыз көп басқа толық синтездер Стилле реакциясын пайдаланады, соның ішінде оксазоломицин, ланкацидин С, онамид А, каликлин А, лепицидин А, рипостатин А және люцилактаен. Төмендегі суретте соңғы табиғи өнім, органохалид (көк), органостанан (қызыл) және түзілген байланыс (жасыл және шеңберленген) көрсетілген. Осы мысалдардан Stille реакциясын синтездің бастапқы кезеңдерінде (оксазоломицин және каликлин А), конвергентті жолдың соңында (онамид А, ланкацидин С, рипостатин А) немесе ортасында (лепцидин А және люцилактаен) қолдануға болатыны көрінеді. Рипостатин А синтезі екі бірдей Стилле жұптасуынан және содан кейін сақина жабылатын метатезден тұрады. Люцилактаен синтезі бір жағында боран, екінші жағында станнан бар орталық бөлікке ие, бұл Стилле реакциясын, содан кейін Сузуки жұптасуын жүргізуге мүмкіндік береді.

Тыныш карбонилятивті қиылысу

Stille жұптастығының кең таралған өзгерісі – R1 және R2 арасына карбонил тобын енгізу болып табылады, бұл кетондарды түзетін тиімді тәсіл. Бұл процеске алғашқыда Мигита мен Стилл (тарихқа қараңыз) органостананды ацилхлоридтермен жұптастыруды зерттегендегідей ұқсас. Дегенмен, мұндай топтар әрқашан қолжетімді болып қана қоймай, оларды түзету қиынға түсуі мүмкін, әсіресе сезімтал функционалдық топтардың болуында. Сонымен қатар, олардың жоғары реакциялық белсенділігін бақылау да қиындық тудыруы мүмкін. Stille карбонилятивті кросс-жұптастыру Stille жұптастырудағыдай жағдайларды қолданады, бірақ көміртек монооксиді (CO) атмосферасы қолданылады. CO бастапқы тотығу қосылысынан кейін палладий катализаторымен (9) координациялануы мүмкін, содан кейін Pd-R1 байланысына (10) CO енгізіліп, нәтижесінде кетонға (12) редуктивті жою жүзеге асырылады. Трансметалдану кезеңі әдетте жылдамдық шектеуші кезең болып табылады. Джорджо Ортар және авторлар тобы Stille карбонилятивті кросс-жұптастыруды бензофенон фосфорларын синтездеу үшін қалай пайдалануға болатынын зерттеді. Бұл фосфорлар 4 бензоил-L-фенилаланин пептидтеріне енгізіліп, олардың фотоаффиниттік белгілеу қасиеттерін пайдаланып, әртүрлі пептид-белок өзара әрекеттесуін зерттеуге қолданылды. Луи Хегедустың 16 қадамдық рацемиялық тотал синтезі 11 мүшелі макроциклді түзету үшін соңғы қадам ретінде Stille карбонилятивті кросс-жұптастыруын қамтыды. Галоидтың орнына винил трифлаты жұптастырушы компонент ретінде қолданылды.

StilleKelly жалғауы

1976 жылы Eaborn-ның арилхалидтер мен дистаннандардан арилстанан түзетін алғашқы жарияланымын пайдаланып, Т. Росс Келли бұл процесті арилхалидтердің ішмолекулалық жұпталуына қолданды. Бұл тандемді станилдеу/арил галоидты жұптастыру әртүрлі дигидрофенантрендерді синтездеу үшін қолданылды. Құрылатын ішкі сақиналардың көпшілігі 5 немесе 6 мүшелі, алайда макроциклизацияның кейбір жағдайлары да хабарланған. Қалыпты Stille жұпталудан айырмашылығы, хлор галоген ретінде жұмыс істемейді, бұл мүмкін, галогендер қатарындағы оның төмен реакциялық белсенділігіне байланысты (оның қысқа байланыс ұзындығы және жоғары байланыс энергиясы тотықтырғыш қосылу арқылы оны үзуді қиындатады). Төмендегі схеманың ортасынан бастап сағат тілімен жүргенде, палладий катализаторы (1) ең реактивті C-X байланысына (13) тотықтырғыш қосылу арқылы қосылып 14-ті түзеді, содан кейін дистаннанмен (15) трансметаллану арқылы 16 және редуктивті жою арқылы арилстаннан (18) алынады. Жаңартылған палладий катализаторы (1) 18-дің екінші C-X байланысына 19 түрінде тотықтырғыш қосылу арқылы қосылуы мүмкін, содан кейін ішмолекулалық трансметаллану арқылы 20 және редуктивті жою арқылы жұптасқан өнім (22) алынады.