Kumadovo párování

Kumadova párovací reakce, M = katalyzátor, obvykle komplex Ni nebo Pd

Kumadovo párování je druh křížové párovací reakce používaný na tvorbu nových vazeb uhlík-uhlík reakcí Grignardova činidla s organohalogenidem. Jako katalyzátory se používají přechodné kovy, většinou nikl nebo palladium, přičemž spolu mohou reagovat alkylové, arylové nebo vinylové skupiny. +more Reakci popsali v roce 1972 skupiny výzkumníků, které vedli Robert Corriu a Makoto Kumada.

Tato reakce je jedním z prvních vyvinutých katalytických křížových párování. I přes rozvoj dalších reakcí (Suzukiovy, Sonogaširovy, Stilleovy, Hijamovy, Negišiovy) je Kumadova reakce stále zapojována do řady syntetických postupů, jako je například výroba aliskirenu, léku proti zvýšenému krevnímu tlaku, a polythiofenů, používaných v organické elektronice.

Historie

První výzkum katalytického párování Grignardových činidel s organohalogenidy provedli Morris S. +more Kharasch a E. K. Fields v roce 1941; použili při tom katalyzátory obsahující kobalt.

V roce 1971 Masuhiko Tamura a Jay K. Kochi vydali několik článků ukazujících na použitelnost katalyzátorů založených na stříbru, mědi a železu.

Tyto reakce měly ovšem nízké výtěžnosti, protože se pokaždé vytvářelo homopárováním významné množství vedlejších produktů, pokud byly k párování použity molekuly stejné sloučeniny.

V roce 1972 bylo popsáno využití niklových katalyzátorů. Po zavedení palladiových katalyzátorů v roce 1975 byla využitelnost reakce dále rozšířena.

Poté se objevila řada dalších párovacích reakcí a v roce 2010 získali Eiči Negiši, Akira Suzuki a Richard F. +more Heck Nobelovu cenu za chemii.

Mechanismus

Katalytický cyklus Kumadovy párovací reakce

Při katalýze palladiem

V souladu s obecně přijímaným mechanismem se předpokládá, že u Kumadových párování katalyzovaných palladiem je význam palladia obdobný jako u jiných křížových párování. Navržený katalytický cyklus obsahuje palladium v oxidačních číslech 0 i II. +more Na začátku se na elektrony bohatý Pd0 katalyzátor (1) naváže na vazbu R-X v molekule organohalogenidu. Touto oxidační adicí se utvoří organopalladnatý komplex (2). Poté proběhne transmetalační reakce s Grignardovým činidlem za vzniku heteroorganokovového komplexu (3). Před následujícím krokem musí proběhnout izomerizace, aby byly sousední ligandy vzájemně v poloze cis. Nakonec se redukční eliminací meziproduktu (4) vytvoří vazba uhlík-uhlík, uvolní výsledný produkt a obnoví Pd0 katalyzátor (1). U palladiových katalyzátorů rychlost reakce určuje oxidační adice, která probíhá pomaleji než u katalýzy niklem.

Při katalýze niklem

náhled

Mechanismus párování katalyzovaných niklem není zcela znám. Předpokládá se, že za různých reakčních podmínek a při použití odlišných ligandů probíhá rozdílně. +more Obvykle se přesto popisuje jako podobný mechanismu u palladia. Za určitých podmínek ovšem takový mechanismus nedokáže vysvětlit všechny pozorované jevy. Při zkoumání reakcí tridentátních terpyridinových ligandů byly zjištěny meziprodukty vykazující katalytické cykly typu NiII-NiI-NiIII, což naznačuje složitější průběh. Při přidání butadienu se nejspíše tvořil meziprodukt obsahující NiIV.

Možnosti

Organické halogenidy a pseudohalogenidy

Kumadovo párování bylo úspěšně použito na velký počet aryl- i vinylhalogenidů. Místo halogenidů lze také použít pseudohalogenidy, například tosyláty a trifláty, a to za mnoha různých podmínek.

I přes úspěšná použití aryl- a vinylhalogenidů se alkylhalogenidy tolik neosvědčily. Protože nemají π-elektrony, tak alkylhalogenbidy vyžadují odlišné mechanismy oxidační adice než arylové a vinylové skupiny, tyto procesy nejsou dobře popsané. +more Kvůli přítomnosti β-vodíků jsou také alkylhalogenidy náchylné k beta-hydridovým eliminacím.

Tyto potíže byly překonány přidáním aktivujících skupin, například karbonylů v podobě α-bromketonů, které reakci usnadňují. Kumadova párování byla také provedena u neaktivovaných alkylů, často přidáním dalšího katalyzátoru nebo reaktantu; například za přítomnosti buta-1,3-dienů bylo možné uskutečnit niklem katalyzované alkyl-alkylové párovací reakce, které by jinak neprobíhaly.

600px

Předpokládá se, že mechanismus těchto reakcí zahrnuje tvorbu oktadienylového komplexu niklu. Tento katalyzátor by měl vstupovat do transmetalací s Grignardovými činidly a poté se předpokládá redukční eliminace halogenidu, čímž se omezuje nebezpečí β-hydridové eliminace. +more U párování arylů a vinylů byly zaznamenány produkty obsahující NiIV, který není v souladu s mechanismy navrženými pro párování arylových a vinylových halogenidů.

400px

Grignardova činidla

Byla popsána párování aryl- a vinylGrignardových činidel. Rovněž je možné bez větších obtíží použít alkylová Grignardova činidla, protože u nich neprobíhají β-hydridové eliminace. +more Přestože je za běžných podmínek možné s Grignardovými činidly použít jen omezené spektrum funkčních skupin, tak byly provedeny i reakce, do kterých lze zapojit větší počet různých substituentů, za nízkých teplot byly provedeny i reakce substrátů s vysoce funkcionalizovanými arylovými skupinami.

Katalyzátory

Kumadovy párovací reakce může katalyzovat velký počet nikelnatých i palladnatých katalyzátorů. Struktury prekurzorů lze obecně popsat vzorcem ML2X2, kde L je fosfinový ligand. +more Jako L2 se často používají bidentátní difosfiny, jako jsou dppe a dppp.

Alois Fürstner se svými spolupracovníky provedl reakce katalyzované komplexy železa, výtěžnosti. Pravděpodobnými aktivními katalyzátory jsou zde „anorganická Grignardova činidla“ se strukturou typu Fe(MgX)2.

Reakční podmínky

Tyto reakce nejčastěji probíhají v tetrahydrofuranu nebo diethyletheru. Etherové roztoky jsou výhodné, protože jde o obvyklé prostředí, ve kterém se připravují Grignardova činidla. +more Vzhledem k vysoké reaktivitě Grignardových činidel je spektrum funkčních skupin použitelných v Kumadových reakcích omezené, což může komplikovat větší syntézy. Grignardova činidla snadno podléhají protonolýzám za přítomnosti i mírně kyselých skupin, jako jsou například alkoholy. Také se mohou adovat na karbonylové i jiné oxidující skupiny.

Podobně jako u řady dalších párovacích reakcí jsou palladiové katalyzátory citlivé na přítomnost vzduchu, reakce se tak provádějí v inertních atmosférách tvořených argonem nebo dusíkem.

Selektivita

Stereoselektivita

Jak cis-, tak i trans-alkenylhalogenidy mohou vstupovat do reakcí s Grignardovými činidly zachovávajících výchozí geometrické konfigurace. Toto není závislé na ostatních faktorech, jako jsou ligandy u katalyzátoru a vinylové substituenty.

350px

Kumadova párování využívající vinylová Grignardova činidla nemají žádnou stereospecificitu a vytváří směsi cis- and trans-alkenů. Míra izomerizace závisí na mnoha různých faktorech, jako jsou vlastnosti reaktantů a druh halogenidové skupiny. +more Tuto ztrátu stereospecifity způsobují vedlejší reakce mezi dvěma ekvivalenty allylových Grignardových činidel.

500px

Enantioselektivita

[[Soubor:Chiral Ligand1.png|300px|náhled|Chirální ligandy pro enantioselektivní Kumadova párování. A: [Methoxyalkyl(ferrocenyl)]monofosfin B: bisoxazolin]]

Asymetrické Kumadaovy párovací reakce lze uskutečnit při použití chirálních ligandů. U rovinně chirálních ferrocenových ligandů byly dosaženy enantiomerní přebytky i nad 95 %, pokud reagovaly aryly.

Gregory Fu předvedl enantiokonvergentní párování α-bromketonů s katalyzátory obsahujícími bisoxazolinové ligandy, kde chirální katalyzátor přeměňuje výchozí racemickou směs na jediný enantiomer s enantiomerním přebytkem 95 %.

Tato reakce je významná tím, že se při ní používá jinak většinou neproveditelné párování alkylhalogenidů.

Enantiokonvergentní párování α-bromketonů

Chemoselektivita

Grignardova činidla obvykle nereagují s chlorareny. Tato nízká reaktivita vytváří chemoselektivitu pro navazování niklu na vazbu C-Br u bromchlorobenzenu pomocí katalyzátoru založeného na NiCl2.

Kumadovo párování katalyzované NiCl2 s haloselektivitou na bromchlorbenzenu

Použití

Syntéza aliskirenu

Kumadovy párovací reakce se používají i v průmyslovém měřítku, například při výrobě léčiv. Slouží mimo jiné k tvorbě uhlíkové kostry aliskirenu, léku proti vysokému krevnímu tlaku.

Kumadovo párování při výrobě aliskirenu

Syntéza polythiofenů

Kumadovo párování je také využitelné při tvorbě konjugovaných polymerů, jako jsou například polyalkylthiofeny (PAT), které mohou být použity v organických fotovoltaických článcích a světelných diodách.

V roce 1992 byla uskutečněna první syntéza regiopravidelných polyalkylthiofenů, s využitím níže znázorněné Kumadovy reakce, která vyžadovala teploty pod 0 °C.

Příprava polythiofenů Kumadovým párováním

Tato syntéza byla následně vylepšena, za dosažení vyšší výtěžnosti a proveditelnosti při pokojové teplotě.

Odkazy

Externí odkazy

[url=http://www.orgsyn.org/orgsyn/prep.asp?prep=cv6p0407]Příklad reakce[/url]

Související články

Heckova reakce * Hijamovo párování * Suzukiova reakce * Negišiovo párování * Petasisova reakce * Stilleova reakce * Sonogaširova reakce

Reference

Kategorie:Reakce vytvářející vazbu uhlík-uhlík Kategorie:Párovací reakce Kategorie:Jmenné reakce