Хияма байланысы: Палладий катализделген көміртекті байланыс құру реакциясы
Hiyama coupling
Хияма байланысы: органосилан мен органикалық галогенидтер арасындағы көміртекті байланыс құру реакциясы. Палладий катализі, табиғи өнімдер синтезінде қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Химиялық реакция
Chemical reaction
Хияма байланысы – органосилан мен органикалық галидтердің арасындағы палладий катализдеумен жүзеге асатын, органикалық химияда көміртек-көміртек байланыстарын (СС байланыстары) түзетуге қолданылатын қиылысқан байланысу реакциясы. Бұл реакция 1988 жылы Тамедзиро Хияма және Ясуо Хатанака тарапынан химиялық және аймақтық таңдаулылықпен синтетикалық жолмен көміртек-көміртек байланыстарын құру әдісі ретінде ашылған. Хияма байланысы әртүрлі табиғи заттарды синтездеуге қолданылған. R: арил, алкенил немесе алкинил; R': арил, алкенил, алкинил немесе алкил; R'': Cl, F немесе алкил; X: Cl, Br, I немесе OTf.
The Hiyama coupling is a palladium catalyzed cross coupling reaction of organosilanes with organic halides used in organic chemistry to form carbon–carbon bonds (C C bonds). This reaction was discovered in 1988 by Tamejiro Hiyama and Yasuo Hatanaka as a method to form carbon carbon bonds synthetically with chemo and regioselectivity. The Hiyama coupling has been applied to the synthesis of various natural products. R: aryl, alkenyl or alkynyl
R': aryl, alkenyl, alkynyl or alkyl
R'': Cl, F or alkyl
X: Cl, Br, I or OTf
Реакция тарихы
Хияма біріктірілімі басқа органометалл реактивтерімен байланысты мәселелерді шешу үшін әзірленді. Хияма органосилицийдің бастапқы реактивтілігін алғаш рет сипаттаған жоқ, өйткені Кумада төменде көрсетілген органофторсиликаттарды қолдана отырып, біріктіру реакциясын сипаттады. Кейін Хияма органосиландардың фтор көзімен белсендірілгенде реактивті болатынын анықтады. Бұл реактивтілік палладий тұзымен біріктірілгенде, органикалық галоид сияқты электрофильді көміртекпен көміртекті байланыс құрайды. Жалпы қолданылатын органометалл реактивтерімен, мысалы органомагний (Гринард реактивтері) және органомырыш реактивтерімен салыстырғанда, олар өте реактивті және екі біріктіру серігіндегі функционалдық топтарды жоюға жеткілікті химиялық селективтілікке ие, органосилиций қосылыстары инертті. Мырыш, қалайы және бор сияқты металдарды қолданатын басқа органометалл реактивтері реактивтілік мәселесін азайтады, бірақ әр реактивке тән басқа да проблемалар бар. Органомырыш реактивтері ылғалға сезімтал, органоқалайы қосылыстары улы, ал органобор реактивтері қол жетімді емес, қымбат және көбінесе тұрақсыз. Органосиландар – фтор немесе негізден белсендірілгенде (органоқалайы немесе органобор қосылыстары сияқты) органогалоидтармен химиялық және региоселективті түрде С-С байланыстарын түзетін, оңай қол жетімді қосылыстар. Алғаш рет сипатталған реакция палладий катализаторының қатысуымен оңай дайындалған (және белсендірілген) органосилиций нуклеофилдері мен органогалоидтарды (электрофильдерді) біріктіру үшін қолданылды. Бұл негізгі аралық затты құрудың жалпы схемасы төменде көрсетілген. Бұл қадам реакциядағы каталитикалық циклмен бір мезгілде немесе сол жерде жүзеге асырылады. Хияма біріктірілімінің механизмі каталитикалық циклды қамтиды, оның ішінде А) органикалық галоидтың палладийге қосылуы және металдың палладий(0) күйінен палладий(II) күйіне тотығуы; Б) С-Si байланысының үзілуі және екінші көміртек фрагментінің палладий орталығына байланысуы; және соңында С) редуктивті жою қадамы, онда С-С байланысы қалыптасады және палладий циклді қайта бастау үшін нөлдік валентті күйіне оралады. Каталитикалық цикл төменде көрсетілген.
The Hiyama coupling was developed to combat the issues associated with other organometallic reagents. The initial reactivity of organosilicon was not actually first reported by Hiyama, as Kumada reported a coupling reaction using organofluorosilicates shown below. Organosilanes were then discovered, by Hiyama, to have reactivity when activated by a fluoride source. This reactivity, when combined with a palladium salt, creates a carbon carbon bond with an electrophillic carbon, like an organic halide. Compared to the inherent issues of well used organometalics reagents, such as organomagnesium (Grignard reagents) and organocopper reagents, which are very reactive and are known to have low chemoselectivity, enough to destroy functional groups on both coupling partners, organosilicon compounds are inactive. Other organometallic reagents using metals such as zinc, tin, and boron, reduce the reactivity issue, but have other problems associated with each reagent. Organozinc reagents are moisture sensitive, organotin compounds are toxic, and organoboron reagents are not readily available, are expensive, and aren't often stable. Organosilanes are readily available compounds that, upon activation (much like organotin or organoboron compounds) from fluoride or a base, can react with organohalides to form C C bonds in a chemo and regioselective manner. The reaction first reported was used to couple easily made (and activated) organosilicon nucleophiles and organohalides (electrophiles) in the presence of a palladium catalyst. The general scheme to form this key intermediate is shown below. This step occurs in situ or at the same time as the catalytic cycle in the reaction. The mechanism for the Hiyama coupling follows a catalytic cycle, including an A) oxidative addition step, in which the organic halide adds to the palladium oxidizing the metal from palladium(0) to palladium(II); a B) transmetalation step, in which the C Si bond is broken and the second carbon fragment is bound to the palladium center; and finally C) a reductive elimination step, in which the C C bond is formed and the palladium returns to its zero valent state to start the cycle over again. The catalytic cycle is shown below.
Қолданылу аясы
Хияма байланысын Csp2–Csp2 (мысалы, арил–арил) және Csp2–Csp3 (мысалы, арил–алкил) байланыстарын түзету үшін қолдануға болады. Арил галоидтары, винил галоидтары, аллиль галоидтары және органо-йодидтер қосылыстары арқылы жақсы синтетикалық шығымдар алынады, ең жақсы шығымдар органо-йодидтермен қосылғанда байқалады. Бұл реакцияның қолданылу аймағын Scott E. Denmark орта өлшемді циклдарды жабу арқылы кеңейтті. [[Файл:Hiyama Ring Closing.svg|thumb|left|750px|Хияма байланысы цикл жабу реакциясы ретінде. Бұл реагенттерді қолданғанда 10 көміртек атомынан тұратын циклды құратын қосалқы реакция басым болатынын ескеріңіз. GC Fu және авторлар баяндағандай, никель катализаторы органотрифлюоросиланның жаңа реакциялық қабілеттерін ашуға мүмкіндік береді. Екіншілік алкил галоидтары осы реакция арқылы арил силанмен жақсы шығыммен қосылады. 750px|thumb|left|GC Fu және авторлар ашқан никель катализді Хияма байланысы.
The Hiyama coupling can be applied to the formation of Csp2 Csp2 (e. g. aryl–aryl) bonds as well as Csp2 Csp3 (e. g. aryl–alkyl) bonds. Good synthetic yields are obtained with couplings of aryl halides, vinyl halides, and allylic halides and organoiodides afford the best yields. The scope of this reaction was expanded to include closure of medium sized rings by Scott E. Denmark. [[File:Hiyama Ring Closing. svg|thumb|left|750px|Hiyama coupling as a ring closing reaction. Note that in fact a side reaction producing a 10 carbon atom ring will dominate when using these reagents. A nickel catalyst allows for access to new reactivity of organotrifluorosilanes as reported by GC Fu et al. Secondary alkyl halides are coupled with aryl silanes with good yields using this reaction. 750px|thumb|left|The Nickel catalyzed Hiyama coupling as discovered by GC Fu et al.
Шектеулер
Хияма қосындысы органокремний реагентін белсендіру үшін фторидтің қажеттілігімен шектеледі. Фторидті қосу органикалық синтезде жиі қолданылатын кремнийді қорғаушы топтарды (мысалы, силил эфирлерін) ыдыратады. Фтор ионы сондай-ақ негіздік қасиетке ие, сондықтан негіздік сезімтал қорғаныс топтары, қышқыл протонды топтар және функционалдық топтар осы активатордың қосылуынан әсер етуі мүмкін. Осы реакцияға қатысты белсенді зерттеулердің көп бөлігі осы мәселенің шешілуіне бағытталған. Бұл қиындықты еңсеру үшін көптеген ғалымдар белсендіру үшін басқа негізгі қоспаларды пайдалануға немесе басқа органосилан реагентін қолдануға көшті, нәтижесінде түпнұсқа Хияма қосындысының көптеген түрлері пайда болды.
The Hiyama coupling is limited by the need for fluoride in order to activate the organosilicon reagent. Addition of fluoride cleaves any silicon protecting groups (e. g. silyl ethers), which are frequently employed in organic synthesis. The fluoride ion is also basic, so base sensitive protecting groups, acidic protons, and functional groups may be affected by the addition of this activator. Most of the active research concerning this reaction involves circumventing this problem. To overcome this issue, many groups have looked to the use of other basic additives for activation, or use of a different organosilane reagent all together, leading to the multiple variations of the original Hiyama coupling.