Реакция Хиямы: палладий-катализируемое кросс-сочетание органосиланов и органических галогенидов.
Hiyama coupling
Реакция Хиямы: образование C-C связей с использованием органосиланов и галогенидов под катализом палладия. Синтез, селективность, применение в органической химии.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Химическая реакция
Chemical reaction
Реакция Хиямы – это палладий-катализируемая реакция кросс-сочетания органосиланов с органическими галогенидами, используемая в органической химии для образования углерод-углеродных связей (C-C связей). Эта реакция была открыта в 1988 году Тамедзиро Хиямой и Ясуо Хатанакой как метод синтетического образования углерод-углеродных связей с хемо- и региоселективностью. Реакция Хиямы применяется для синтеза различных природных соединений. R: арил, алкенил или алкинил
R': арил, алкенил, алкинил или алкил
R'': Cl, F или алкил
X: Cl, Br, I или 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
История реакций
Соединение Хиямы было разработано для решения проблем, связанных с другими органометаллическими реагентами. Первоначальная реакционная способность органосиликона на самом деле была впервые не описана Хиямой, поскольку Кумада сообщил о реакции сочетания с использованием органофторсиликата, показанного ниже. Впоследствии Хияма обнаружил, что органосиланы проявляют реакционную способность при активации источником фторид-ионов. Эта реакционная способность, в сочетании с солью палладия, образует углерод-углеродную связь с электрофильным углеродом, таким как органический галогенид. По сравнению с присущими недостатками широко используемых органометаллических реагентов, таких как органомагний (реагенты Гриньяра) и органомедь, которые обладают высокой реакционной способностью и известны своей низкой хемоселективностью, достаточной для разрушения функциональных групп на обоих партнерах по сочетанию, органосилициевые соединения инертны. Другие органометаллические реагенты, содержащие такие металлы, как цинк, олово и бор, снижают проблему реакционной способности, но имеют собственные недостатки, характерные для каждого реагента. Органоцинковые реагенты чувствительны к влаге, органооловянные соединения токсичны, а органоборные реагенты труднодоступны, дороги и часто нестабильны. Органосиланы – это легкодоступные соединения, которые при активации (аналогично соединениям органоолова или органобора) фторидом или основанием могут реагировать с органогалогенидами с образованием C-C связей хемо- и региоселективным образом. Первоначально сообщалось о реакции сочетания легко получаемых (и активированных) органосиликоновых нуклеофилов и органогалогенидов (электрофилов) в присутствии палладиевого катализатора. Общая схема образования этого ключевого промежуточного продукта представлена ниже. Этот этап происходит in situ или одновременно с каталитическим циклом в реакции. Механизм сочетания Хиямы следует каталитическому циклу, включающему: А) стадию окислительного присоединения, в которой органический галогенид присоединяется к палладию, окисляя металл от палладия(0) до палладия(II); Б) стадию трансметаллирования, в которой разрывается связь C-Si и второй углеродный фрагмент связывается с центром палладия; и, наконец, C) стадию восстановительного элиминирования, в которой образуется связь C-C, и палладий возвращается в свое нулевое валентное состояние, чтобы цикл начался снова. Каталитический цикл представлен ниже.
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.
Область применения
Соединение Хиямы может применяться для образования связей Csp2-Csp2 (например, арил-арил) и Csp2-Csp3 (например, арил-алкил). Хорошие выходы достигаются при сочетании арилгалогенидов, винилгалогенидов, а наилучшие – аллилгалогенидов и органоиодидов. Область применения этой реакции была расширена Скоттом Э. Данией для включения замыкания средних по размеру колец. [[Файл:Hiyama Ring Closing.svg|thumb|left|750px|Соединение Хиямы как реакция замыкания кольца. Следует отметить, что при использовании этих реагентов доминирующей будет побочная реакция, приводящая к образованию 10-членного кольца. Никелевый катализатор обеспечивает доступ к новой реакционной способности органотрифторсиланов, о чем сообщили GC Fu и др. Вторичные алкилгалогениды сочетаются с арилсиланами с хорошими выходами в этой реакции. 750px|thumb|left|Никель-катализируемое соединение Хиямы, разработанное GC Fu и др.
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.
Ограничения
Сцепление Хияма ограничено необходимостью использования фторидов для активации органокремниевого реагента. Добавление фторидов приводит к расщеплению любых кремниевых защитных групп (например, силиловых эфиров), которые часто применяются в органическом синтезе. Ион фтора также обладает основными свойствами, поэтому добавление этого активатора может повлиять на защитные группы, чувствительные к основаниям, кислотные протоны и функциональные группы. Большая часть современных исследований, связанных с этой реакцией, направлена на решение этой проблемы. Для её преодоления многие исследовательские группы изучают возможность использования других основных добавок для активации или другого органосилана в качестве реагента, что привело к появлению множества модификаций оригинального сцепления Хияма.
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.