Cesko.wiki Borylace
Author
Albert FloresBorylace jsou skupina organických reakcí katalyzovaných přechodnými kovy, kterými vznikají organoborité sloučeniny funkcionalizací alifatických a aromatických vazeb C-H; díky tomu mají význam pro aktivace vazeb uhlík-vodík. Kovy katalyzované borylace vazeb C-H umožňují pomocí přechodných kovů k přímé přeměně vazeb C-H na vazby C-B. Tento postup může být výhodný oproti tradičním borylacím, protože umožňuje použití cenově dostupných uhlovodíkových prekurzorů, omezení využívání prefunkcionalizovaných organických sloučenin, toxických vedlejších produktů a usnadnění syntézy biologicky významných molekul. Častými borylovými skupinami zaváděnými do organických sloučenin borylačními reakcemi jsou boronové kyseliny a jejich estery. Boronové kyseliny jsou trojvazné organické sloučeniny obsahující bor, na který jsou navázány jedna alkylová nebo arylová a dvě hydroxylové skupiny, jejich estery mají jeden alkylový nebo arylový a dva esterové substituenty. Boronové kyseliny a estery se dělí na základě druhu uhlovodíkové skupiny (R) navázané přímo na bor, například na alkyl-, alkenyl-, alkynyl- and arylboronové estery. Nejběžnější typ boronových esterů využívaných k borylacím organických sloučenin katalyzovaných přechodnými kovy má obecný vzorec (RO)2B-B(OR)2; patří sem například bis(pinakoláto)dibor (B2Pin2) a bis(katecholáto)diboran (B2Cat2).
Atomy boru v boronových kyselinách a esterech jsou sp2 hybridizované s prázdnými p orbitaly, které jim dodávají vlastnosti odpovídající Lewisovým kyselinám. Vazby C-B u boronových kyselin a esterů jsou poněkud delší než běžné vazby C-C, s obvyklými délkami 155-159 pm. +more Prodloužení vazeb C-B oproti C-C vede k tomu, že tyto vazby mají i o něco nižší energie než vazby C-C (323 kJ/mol u C-B a 358 kJ/mol u C-C). Vazby mezi uhlíkovými a vodíkovými atomy vykazují délky kolem 109 pm a energie přibližně 413 kJ/mol. Vazby C-B jsou tak vhodnými meziprodukty nahrazujícími obvykle nereaktivní vazby C-H.
Sloučeniny obsahující vazby mezi atomy uhlíku a boru se nazývají organoborité sloučeninyy. Mají široké využití v syntetických reakcích, protože se vazby C-B bond dají snadno přeměnit na vazby C-X (X = Br, Cl), C-O, C-N nebo C-C bond. +more Vzhledem k užitečnosti vazeb C-B bylo vyvinuto mnoho různých postupů na jejich zavádění do organických sloučenin.
Organoborité sloučeniny se často připravují z Grignardových činidel hydroboračními nebo diboračními reakcemi.
Kovy katalyzované C-H borylace
Alifatické C-H borylace
Alkany mohou být selektivně borylovány na primárních vazbách C-H s využitím Cp*Rh(η4-C6Me6) jako katalyzátoru.
Vysoká selektivita na primárních vazbách C-H se objevuje i tehdy, když jsou v hlavních řetězcích molekul substrátu přítomny heteroatomy. Rhodiem katalyzované borylace vazeb C-H v methylových skupinách jsou selektivní nezávisle na poloze heteroatomu. +more K borylaci dochází na nejméně stericky zatížené a na elektrony nejchudší primární vazbě C-H acetalů, etherů, aminů a alkylfluoridů.
Při nepřítomnosti primárních vazeb C-H v molekule substrátu, například u cyklohexanu, k reakci nedochází.
Selektivita funkcionalizací primárních alkanových vazeb je způsobena tvorbou kineticky a termodynamicky výhodných primárních alkylkovových komplexů přes sekundární alkylkovové komplexy.
Primární a sekundární alkylkovové komplexy
Větší stabilita primárního alkylkomplexu oproti sekundárnímu je dána několika faktory; Prvním je jeho sterická výhodnost, druhým to, že se na α-uhlících alkylkovových komplexů často nacházejí částečné záporné náboje a primární alkylové ligandy si drží částečné záporné náboje lépe než sekundární ligandy. Příčiny selektivity C-H borylací pomocí katalyzátorů založených na rhodiu byla zkoumána pomocí druhu mechanistické studie nazývané vodíko-deuteriová výměna. +more Ukázalo se, že regioselektivita procesu je způsobována přednostním štěpením primárních vazeb C-H a funkcionalizací primárního alkylkovového meziproduktu oproti sekundárnímu.
Mechanismy alifatických C-H borylací
Syntetické možnosti borylací vazeb C-H bylo využito k modifikacím polymerů borylacemi a následnými oxidacemi za vzniku hydroxylových polymerů.
Aromatické C-H borylace
Stericky řízené C-H borylace arenů
První případ katalytické borylace vazby C-H u neaktivovaného uhlovodíku (konkrétně benzenu) popsali Milton R. Smith a Carl N. +more Iverson; jako katalyzátor byl použit komplex Ir(Cp*)(H)(Bpin). Účinnost byla ovšem nízká, když se za 120 h při 150 °C podařilo provést pouze tři cykly.
Později bylo vyvinuto několik vylepšení, které vedly k účinným borylacím arenů za vhodných podmínek. Aromatické C-H borylace rozvinuli +more_Hartwig'>John F. Hartwig a Išijama pomocí bis(pinacoláto)dibou, katalyzátory byly 4,4’-di-terc-butylbipyridin (dtbpy) a bis[(cyklooktadien]di-μ-methoxydiiridium.
S tímto katalytickým systémem probíhaly borylace arenů s regioselektivitou řízenou stetrickými efekty použitých arenů. Selektivitu funkcionalizací aromatických vazeb C-H ovlivňuje pravidlo, že reakce neprobíhá v pozici ortho vůči substituentu, jestliže je dostupná vazba C-H, která nemá ortho substituent. +more Pokud je přítomna pouze jedna funkční skupina, tak borylace probíhá do poloh meta a para v poměru 2:1. Ortho izomer nevzniká kvůli sterickým efektům vytvářeným substituentem.
Adice Bpin probíhá u symetricky 1,2- a 1,4-substituovaných arenů pouze do jedné pozice. Symetricky i nesymetricky 1,3-substituované areny se také borylují selektivně, protože je stericky dostupná jen jedna vazba C-H.
Stericky řízená iridiem katalyzovaná C-H borylace
Tímto se reakce liší od elektrofilních aromatických substitucí, kde regioselektivitu řídí elektronové efekty.
Regioselektivita C-H borylací arenů a elektrofilních aromatických substitucí
Níže je zobrazeno syntetické využití C-H borylace arenů, kdy je možné převést 1,3-disubstituované aromatické sloučeniny přímo na 1,3,5-organoborité molekuly a následně je funkcionalizovat.
Meta-funkcionalizace arenů s využitím C-H borylace
Aromatické funkcionalizace vazeb C-H byly využity při totální syntéze plavuňového alkaloidu komplanadinu A, posilujícího expresi mRNA nervového růstového faktoru a jeho tvorbu v lidských neurogliových buňkách. Přírodní látky podporující růst nových nervových sítí jsou předmětem zájmu co se týče léčby nemocí, jako je Alzheimerova choroba. +more Komplanadin A byl připraven kombinací přímé aromatické C-H borylace a Suzukiovy reakce, po které následovalo odštěpení terc-butyloxykarbonylové chránicí skupiny.
C-H borylace heteroarenů
I heteroareny mohou být borylovány s využitím iridiových katalyzátorů, ovšem elektronové efekty zde způsobují vedlejší selektivitu, kde furany, pyrroly a thiofeny reagují na C-H vazbách v polohách alfa oproti heteroatomům. Tato selektivita je pravděpodobně způsobena tím, že jde o nejkyselejší, a tedy i nejreaktivnější, vazby C-H.
C-H borylace heteroaromatických sloučenin
Řízené ortho C-H borylace
Stejný katalytický systém může být použit k dosažení regioselektivity bez využití substituentů, T. A. +more Boebel a J. F. Hartwig například provedli ortho-borylaci, při které dimethylhydrosilylové řídicí skupiny vstupují do iridiem katalyzovaných borylací vazeb C-H do polohy ortho oproti silanovým skupinám. Selektivita v pozici ortho při použití hydrosilylových skupin se připisuje zpětné adici vazby Si-H na kovové centrum, jež vede k přednostnímu štěpení vazby C-H v poloze ortho vůči hydrosilylovému substituentu. Bylo vyvinuto i několik dalších postupů ortho-borylace arenů zahrnujících jiné řídicí skupiny.
Využití řídicích skupoin při selektivní ortho borylaci
Mechanistické parametry C-H borylací arenů
K usnadnění vysvětlení mechanismů C-H borylačních reakcí u arenů a heteroarenů byl použit trisboryliridiový komplex. Kineticlými studiemi studies a pomocí izotopového značkování bylo zjištěno, že s arenem v katalytickém procesu reaguje triborylový komplex iriditého kationtu.
Níže je zobrazena varianta katalytického cyklu pro orthoborylaci hydrosilanů. Z kinetických dat vyplývá, že pozorovaný trisborylový komplex se koordinuje s cyklooktenem a zvratně se disociuje na šestnáctielektronový komplex. +more Jako řídicí skupina zde byl použit benzyldimethylsilan, o kterém se předpokládá, že reaguje s trisboryliriditým katalyzátorem skrze zvratnou adici vazby Si-H na kovové centrum, po níž následuje selektivní ortho-C-H aktivace přes oxidační adici a redukční eliminaci.
Mechanismus borylace pomocí hydrosilanu
Redukční reakce organoboritých sloučenin
Coreyova-Itsunova redukce
V roce 1981 byla objevena asymetrická redukce prochirálních aromatických ketonů chirálními aminoalkoholy a boranem za vzniku příslušných sekundárních alkoholů s 60procentním enantiomerním přebytkem. Chirální aminoalkoholy reagují s boranem za tvorby aloxylaminoboranových komplexů. +more Komplexy obsahují poměrně nereaktivní pětičlenný kruh, který jim dodává tepelnou a hydrolytickou stabilitu a rozpustnost v řadě protických i aprotických rozpouštědel.
V roce 1987 Elias James Corey popsal tvorbu oxazaborolidinů z boranu a chirálních aminoalkoholů a zjistil, že oxazaborolidiny mohou katalyzovat rychlé a velmi enantioselektivní redukce prochirálních ketonů za přítomnosti BH3THF. Tato reakce bývá nazývána Coreyova-Itsunova redukce.
Midlandova redukce
V roce 1977 popsal M. M. +more Midland se svými spolupracovníky přípravu B-3-alfa-pinanyl-9-borabicyklo [3,3,1]nonanu hydroborací (+)-alfa-pinenu pomocí [[9-borabicyklo(3. 3. 1)nonan|9-borabicyklo[3,3,1] nonanu (9-BBN)]] ajeho využití k redukci benzaldehydu-alfa-d na (S)-(+)-benzyl-alfa-d-alkohol kvantitativní asymetrickou indukcí.
Ve stejném roce M. M. Midland zjistil, že lze jako redukční činidlo použít B-3-alfa-pinanyl-9-BBN, snadno dostupný pomocí reakce (+)-alfa-pinenu s 9-BBN.
V roce 2012 oznámil U. R. +more Y. Venkateswarlu se spolupracovníky stereoselektivní přípravu pektinolidu zahrnující tvorbu trojice chirálních center na C-4’, C-5 a C-1’ Midlandovu redukci a Sharplessovu dihydroxylaci.
Párovací reakce organoboritých sloučenin
Petasisova reakce
Roku 1993 oznámili Nicos A. Petasis a Irini Akritopoulou objev účinné syntézy allylaminů pomocí pozměněné Mannichovy reakce. +more Zjistili, že vinylboronové kyseliny se mohou jako nukleofily účastnit reakcí, při kterých vznikají geometricky čisté allylaminy. Tato upravená Mannichova reakce je nazývána Petasisova-Mannichova reakce boronových kyselin nebo, zkráceně, Petasisova reakce.
Roushova asymetrická allylace
V roce 1978 popsali R. W. +more Hoffmann a T. Herold enantioselektivní syntézu sekundárních homoallylových alkoholů přes chirální neracemické allylboronové estery. Homoallylové alkoholy se tvořily s velmi dobrou výtěžností a středně velkou enantioselektivitou.
V roce 1985 W. R. +more Roush zjistil, že allylboronáty s navázanými tartarátovými skupinami je možné snadno použít k řízení faciální selektivity reakcí chirálních a nechirálních aldehydů. Později tento postup rozšířil na přípravu but-2-en-1,4-diolů a anti-diolů. Tato reakce je známa jako Rouchova asymetrická allylace.
Roushova asymetrická allylace 2
Roku 2011 provedli R. A. +more Fernandes a P. Kattanguru vylepšenou totální syntézu (8S, 11R, 12R)- a (8R, 11R, 12R)-diastereomerů topsentolidu B2, skládající se z osmi kroků. Jedním z kroků byla diastereoselektivní Roushova allylace.
Suzukiovy reakce
V roce 1979 oznámili N. Miyaura a A. +more Suzuki přípravu (E)-alkenů s vysokou výtěžností z arylhalogenidů a alkyl-1-enylboranů katalyzovanou tetrakis(trifenylfosfin)palladiem a zásadami. Poté A. Suzuki se svými spolupracovníky rozšířil tento druh reakcí nba ostatní organoborité sloučeniny a zvětšil také okruh použitelných alkenyl, aryl a alkylhalogenidů a triflátů. Palladiem katalyzované reakce organoboitých sloučenin s organohalogenidy vytvářející vazby uhlík-uhlík jsou známy jako Suzukiovy reakce.
V roce 2013 určil Joachim Podlech strukturu mykotoxinu kyseliny altenuové pomocí NMR spektroskopie a provedl jeho totální syntézu. Součástí syntézy byla Suzukiova reakce, na níž byly použity vysoce funkcionalizovaný boronát a butenolidy.
Pozměněná Ullmannova syntéza biaryletherů a biarylaminů
V roce 1904 zjistil Fritz Ullmann, že použití práškové mědi výrazně usnadňuje reakce arylhalogenidů s fenoly za tvorby biaryletherů; tato reakce se nazývá Ullmannova kondenzace. Roku 1906 rozšířil možnosti Ulmannovy kondenzace na syntézu arylaminů reakcemi arylhalogenidů s amidy za přítomnosti uhličitanu draselného a jodidu měďného; tato varianta se nazývá Goldbergova modifikace Ullmannovy kondenzace.
V roce 2003 popsali R. A. +more Batey a T. D. Quach obměnu tohoto druhu reakcí, kde reagují organotrifluorboritanové draselné soli s alifatickými alkoholy, alifatickými aminy nebo s aniliny za vzniku aryletherů či arylaminů.
Odkazy
Související články
Organoborité sloučeniny * Coreyova-Itsunova redukce * Midlandova redukce * Petasisova reakce * Suzukiova reakce
Externí odkazy
Reference
Kategorie:Organické reakce Kategorie:Substituční reakce Kategorie:Bor
