Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Химиялық реакция
Chemical reaction
Паусон-Канд (ПК) реакциясы – [2+2+1] циклоқосылу ретінде сипатталатын химиялық реакция. Онда алкин, алкен және көміртек монооксиді металл карбонилі катализаторының қатысуымен α,β-циклопентенонға бірігеді. Ихсан Улла Ханд (1935–1980) бұл реакцияны 1970 жылдар шамасында Глазгодағы Стратклайд университетінде Питер Людвиг Паусонмен (1925–2013) докторанттан кейінгі ғылыми қызметкер болып жұмыс істеген кезде ашқан. Паусон мен Хандтың бастапқы зерттеулері молекулааралық сипатта болды, бірақ реакцияның таңдау қабілеті төмен. Көптеген қазіргі қолданыстар реакцияны молекулаішілік мақсаттар үшін пайдаланады. Традициялық катализатор – көміртек монооксиді атмосферасымен тұрақтандырылған дикобальт октакарбонилінің стехиометриялық мөлшері. Дұрыс хиральдық қосымшалар, өтпелі металлдың таңдалуы (Ti, Mo, W, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Ir және Pd) және қоспалардың арқасында каталитикалық металл мөлшерін, реакциялық қабілеттілікті және өнімділікті арттыру немесе стереоиндукцияға қол жеткізуге болады.
The Pauson–Khand (PK) reaction is a chemical reaction, described as a [2+2+1] cycloaddition. In it, an alkyne, an alkene and carbon monoxide combine into a α,β cyclopentenone in the presence of a metal carbonyl catalyst. Ihsan Ullah Khand (1935–1980) discovered the reaction around 1970, while working as a postdoctoral associate with Peter Ludwig Pauson (1925–2013) at the University of Strathclyde in Glasgow. Pauson and Khand's initial findings were intermolecular in nature, but the reaction has poor selectivity. Most modern applications instead apply the reaction for intramolecular ends. The traditional catalyst is stoichiometric amounts of dicobalt octacarbonyl, stabilized by a carbon monoxide atmosphere. Catalytic metal quantities, enhanced reactivity and yield, or stereoinduction are all possible with the right chiral auxiliaries, choice of transition metal (Ti, Mo, W, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Ir and Pd), and additives.
Механизм
Механизм әлі толыққанды түсіндірілмеген, бірақ Магнустың 1985 жылғы түсіндірмесі моно және динуклеарлы катализаторлар үшін кеңінен қабылданды және 2001 жылы Накамура мен Яманака жариялаған есептеу зерттеулерімен расталды. Реакция дикобальт гексакарбонил ацетилен кешенімен басталады. Алкеннің қосылуы металлциклопентен кешенін құрайды. CO кейін M-C байланысына миграциялық түрде еніп кіреді. Редуктивті шығарылым циклопентенонды қамтамасыз етеді. Әдетте, органометалл кешенінен көміртек оксидінің ажырауы – жылдамдық шектеуші фактор болып табылады.
While the mechanism has not yet been fully elucidated, Magnus' 1985 explanation is widely accepted for both mono and dinuclear catalysts, and was corroborated by computational studies published by Nakamura and Yamanaka in 2001. The reaction starts with dicobalt hexacarbonyl acetylene complex. Binding of an alkene gives a metallacyclopentene complex. CO then migratorily inserts into an M C bond. Reductive elimination delivers the cyclopentenone. Typically, the dissociation of carbon monoxide from the organometallic complex is rate limiting.
Таңдаушылық
Реакция терминалды және ішкі алкиндермен де жүзеге асады, бірақ ішкі алкиндер көбінесе төменгі өнімділік береді. Алкеннің реакциялық белсенділігінің реті: (шырықты циклдік) > (терминалдық) > (дизамещенді) > (тризамещенді). Төрт есе замещенді алкендер және күшті электрондарды тартып алатын топтары бар алкендерге жарамсыз. Симметриясыз алкендер немесе алкиндерде реакция сирек региоселективті болады, бірақ кейбір заңдылықтарды байқауға болады. Монозамещенді алкендер үшін алкин заместителдері әдетте бағыттайды: үлкен топтар C2 позициясын, ал электрондарды тартып алатын топтар C3 позициясын қалайды. Бірақ алкеннің өзі C4 және C5 позицияларын ажыратуға қиналады, егер C2 позициясы стериктік тұрғыдан тығыз болмаса немесе алкенде хелаттануға қабілетті гетероатом болмаса. Реакцияның нашар селективтілігі ішкі молекулалық реакцияларда жақсартылады. Осы себепті ішкі молекулалық Паусон-Кханд толық синтезде, әсіресе 5,5 және 6,5 мүшелі біріккен бициклдердің түзілуінде жиі қолданылады. Жалпы, реакция циклопентанның көпірлік сутегі мен заместителдеріне қатысты жоғары син-селективті. Тиісті хиральды лигандалар немесе қосымша заттар реакцияны энантиоселективті ете алады (қараңыз). BINAP көбінесе қолданылады.
The reaction works with both terminal and internal alkynes, although internal alkynes tend to give lower yields. The order of reactivity for the alkene is(strained cyclic) > (terminal) > (disubstituted) > (trisubstituted). Tetrasubstituted alkenes and alkenes with strongly electron withdrawing groups are unsuitable. With unsymmetrical alkenes or alkynes, the reaction is rarely regioselective, although some patterns can be observed. For mono substituted alkenes, alkyne substituents typically direct: larger groups prefer the C2 position, and electron withdrawing groups prefer the C3 position. But the alkene itself struggles to discriminate between the C4 and C5 position, unless the C2 position is sterically congested or the alkene has a chelating heteroatom. The reaction's poor selectivity is ameliorated in intramolecular reactions. For this reason, the intramolecular Pauson Khand is common in total synthesis, particularly the formation of 5,5 and 6,5 membered fused bicycles. Generally, the reaction is highly syn selective about the bridgehead hydrogen and substituents on the cyclopentane. Appropriate chiral ligands or auxiliaries can make the reaction enantioselective (see ). BINAP is commonly employed.
Қосымшалар
Паусон-Кандтың қалыпты жағдайлары – ароматты көмірсутектерде (бензол, толуол) немесе эфирлік (тетрагидрофуран, 1,2 дихлорэтан) еріткіштерде жоғары температура және қысым болады. Мұндай қатаң жағдайларды түрлі қосымшалар арқылы жұмсартуға болады.
Typical Pauson Khand conditions are elevated temperatures and pressures in aromatic hydrocarbon (benzene, toluene) or ethereal (tetrahydrofuran, 1,2 dichloroethane) solvents. These harsh conditions may be attenuated with the addition of various additives.
Абсорбциялық беттер
Металл кешенін кремний немесе алюминийге адсорбциялау, төмендегі суретте көрсетілгендей, декарбонилдік лиганд алмасу реакциясының жылдамдығын арттырады. Бұл донордың қатты бетке (яғни, кремнийге) орналасуымен байланысты. Сонымен қатар, қатты тіреу пайдалану конформациялық қозғалысты шектейді (ротамерлік эффект).
Adsorbing the metallic complex onto silica or alumina can enhance the rate of decarbonylative ligand exchange as exhibited in the image below. This is because the donor posits itself on a solid surface (i. e. silica). Additionally using a solid support restricts conformational movement (rotamer effect).
Льюис негіздері
Фосфин лигандтары сияқты дәстүрлі катализдік көмекшілер кобальт кешенін тым тұрақты етеді, бірақ көлемді фосфит лигандтары қолданылуы мүмкін. Льюис негізді қосымшалар, мысалы n BuSMe, декарбонильдеу лиганд алмасу процесін жылдамдатады деп саналады. Дегенмен, тағы бір пікір бойынша, бұл қосымшалар олефин енуін кері қайтарусыз етеді. Күкірт қосылыстарын көбінесе қолдану қиын және олардың иісі жағымсыз, бірақ n-додецил метил сульфиді мен тетраметилтиоурея мұндай мәселелер тудырмайды және реакцияның тиімділігін арттыра алады.
Traditional catalytic aids such as phosphine ligands make the cobalt complex too stable, but bulky phosphite ligands are operable. Lewis basic additives, such as n BuSMe, are also believed to accelerate the decarbonylative ligand exchange process. However, an alternative view holds that the additives make olefin insertion irreversible instead. Sulfur compounds are typically hard to handle and smelly, but n dodecyl methyl sulfide and tetramethylthiourea do not suffer from those problems and can improve reaction performance.
N-оксидті аминдер
Екі ең көп таралған амин N оксидтері - N метилморфолин N оксид (NMO) және триметиламин N оксид (TMANO). Бұл қосымшалар көміртек монооксиді лигандтарын N оксидінің CO карбонилына нуклеофильдік шабуыл арқылы жояды, CO-ны CO2-ге тотықтырады және қанықпаған органометалл кешенін құрайды деп саналады. Бұл механизмнің алғашқы қадамын қайтымсыз етеді және жағдайларды жеңілдетуге мүмкіндік береді. Аталған амин N оксидтерінің гидраттары да ұқсас әсер етеді. N оксид қосымшалары энантио және диастереоселективтілікті де жақсарта алады, бірақ оның механизмі әлі анық емес. [[File:Screiber мысалы. png|center|thumb|430x430px|(NMO = N метилморфолин N оксиді, DCM = дихлорметан)]
The two most common amine N oxides are N methylmorpholine N oxide (NMO) and trimethylamine N oxide (TMANO). It is believed that these additives remove carbon monoxide ligands via nucleophilic attack of the N oxide onto the CO carbonyl, oxidizing the CO into CO2, and generating an unsaturated organometallic complex. This renders the first step of the mechanism irreversible, and allows for more mild conditions. Hydrates of the aforementioned amine N oxides have similar effect. N oxide additives can also improve enantio and diastereoselectivity, although the mechanism thereby is not clear. [[File:Screiber example. png|center|thumb|430x430px|(NMO = Nmethylmorpholine Noxide, DCM = dichloromethane)
Эпоксидиктименнің толық синтезіндегі қадам: температура және ультрадыбыс қажетті диастереомердің (қызыл сутегі) d.r. жақсартпады. Бірақ N оксид қосымшасы, өнімділігі төмен болғанымен, 11:1 d.r. көрсетті. [[File:Syn ex. png|center|thumb|736x736px|Такаяма және басқалардың ликоподий алкалоиді хуперзин Q толық асимметриялық синтезіндегі маңызды қадам: Co2(CO)8 энин циклизациясын катализдейді, нәтижесінде тек бір ғана өнім энантиомері пайда болады.
A step in the total synthesis of epoxydictymene: temperature and ultrasound failed to improve the d. r. for the desired diastereomer (the red hydrogen). But the N oxide additive, while lower yielding, gave a d. r. of 11:1. although Takayama et al detail a reaction catalyzed by dicobalt octacarbonyl. [[File:Syn ex. png|center|thumb|736x736px|The key step in Takayama et al's asymmetric total synthesis of the Lycopodium alkaloid huperzine Q: Co2(CO)8 catalyzes an enyne cyclization. that only a single product enantiomer forms.
Углерод оксиді өндірісі
Жақында бірнеше топ уытты көміртек тотығын қолданбастан, альдегидтер, карбон қышқылы және форматтардан циклопентенон карбонил тобын жасау жолын тапты. Мұндай жағдайларда родий органометалл өтпелі металлы ретінде жиі қолданылады, себебі ол көбінесе декарбонизация реакцияларында пайдаланылады. Декарбонизация және PK реакциясы бір реакциялық ыдыста жүзеге асырылады.
Recently, several groups have published work avoiding the use of toxic carbon monoxide, and instead generate the cyclopentenone carbonyl motif from aldehydes, carboxylic acids, and formates. These examples typically employ rhodium as the organometallic transition metal, as it is commonly used in decarbonylation reactions. The decarbonylation and PK reaction occur in the same reaction vessel.