Preskočiť na obsah

Sonogashirova reakcia

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
 Podľa názoru niektorých redaktorov by sa mal tento článok presunúť na názov Sonogaširova reakcia.
Ak s tým nesúhlasíte, vyjadrite sa, prosím, v diskusii.
Kenkiči Sonogašira získal titul PhD v roku 1962 na Univerzite v Osake v Japonsku, kde pokračoval aj ako postdoc. Profesúru získal v roku 1981. Po odchode do dôchodku sa v roku 1994 vrátil na Technickú Univerzitu vo Fukui, kde pôsobil až do roku 2004. V súčasnosti je profesor emeritus na Univerzite v Osake.[1]

Sonogaširova reakcia (tiež Sonogaširov cross-coupling, resp. Sonogaširova Hagiwarova reakcia) je paládiom a meďou katalyzovaná cross couplingová reakcia halogénderivátov a terminálnych alkínov.[2]

Sonogaširova reakcia
Sonogaširova reakcia

Príbuznou reakciou je Castorova Stephensova reakcia a Cadiotova Chodkiewiczova reakcia.[2] Význam Sonogaširovej reakcie výrazne narástol po objave, že lineárna -C≡C- skupina je izostérna s para-substituovanými aromátmi. Ďalší podnet k využitiu Sonogaširovej reakcie bol objav éndiínov v prírode, ktoré majú protirakovinové účinky a ich syntéza vyžaduje Sonogaširovu reakciu: sem patria kalicheamicíny, napríklad N-acetyl-γ-kalicheamicín: cyklický éndiín podľahne v bunke pericyklickej reakii: Bergmanovmu prešmyku za vzniku 1,4-didehydrobenzénového biradikálu, ktorý sa kovalentne viaže na nukleové kyseliny, ktoré tým poškodí a vyvolá apoptózu bunky.

Výhody Sonogaširovej reakcie

[upraviť | upraviť zdroj]

Nasledujúci výpočet vlastností ukazuje, prečo je Sonogaširova reakcia reakciou prvej voľby pri konštrukcii C(sp)-C(sp) a C(sp)-C(sp2) väzieb:

  1. Sonogaširova reakcia prebieha pri laboratórnej alebo málo zvýšenej teplote (to je hlavný rozdiel oproti Castrovej Stephensovej reakcii, ktorá vyžaduje vysoké teploty, ktoré sú nevhodné pre zložité molekuly),[3]
  2. Sonogaširova reakcia nevyžaduje prácu s explozívnymi acetylidmi meďnými, tie vznikajú in situ za použitia bezpečných meďných solí v katalytickom množstve,[3]
  3. meďné soli sú komerčne dostupné, pričom sa využívajú v množstve 0,5 mol% až 5 mol% vzhľadom na reaktanty,[3]
  4. paládium sa využíva v katalytickommnožstve, pričom sa osvedčili ako najlepšie katalyzátory: Pd(PPh3)4 a Pd(PPh2)Cl2,[3]
  5. rozpúšťadlá a reaktanty nemusia byť suché, ale musia byť zbavené všetkého vzdušného kyslíka, ktorý by zoxidoval paládiový katalyzátor,[3]
  6. ako rozpúšťadlo sa s výhodou môže použiť aj príslušný amín, ktorý nielen zachytáva vznikajúci halogenovodík, ale aj redukuje PdII na Pd0,[3]
  7. Sonogaširova reakcia je jednoducho škálovateľná, prebieha aj nad 100 g škále,[3]
  8. Sonogaširova reakcia je stereošpecifická, stereochemická informácia reaktantu sa zachováva,[3]
  9. reaktivita východzích arylhalogenidov a vinylhalogenidov je: OTf ≈ I > Br >> Cl, rozdiel v reaktivite chlórderivátov a brómderivátov umožňuje regioselektívnu reakciu s brómderivátom a podobne rozdiel v reaktivite jódderivátov a brómderivátov umožňuje regioselektívnu reakciu s jódderivátom,[3]
  10. Sonogaširova reakcia teólerje mnoho funkčných skupín na aromatických kruhoch a substituovaných dvojitých väzbách, problémom sú α,β-nenasýtené zlúčeniny, ktoré dávajú produkty Michaelovej konjugovanej adície a propargylové reaktanty izomerizujú na allény.[3]

Nevýhody Sonogaširovej reakcie

[upraviť | upraviť zdroj]

Nevýhody Sonogaširovej reakcie je nutné zvážiť pri plánovaní syntézy produktu:

  1. arylhalogenidy a priestorovo náročné reaktanty vyžadujú vyššiu reakčnú teplotu a dlhšie reakčné časy,[3]
  2. terminálne alkíny podliehajú pri vyšších teplotách nežiadúcim vedľajším reakciám.[3]

Vylepšenia Sonogaširovej reakcie

[upraviť | upraviť zdroj]

Syntéza terminálnych alkénov

[upraviť | upraviť zdroj]

Na syntézu terminálnych alkínov je možné použiť samotnú Sonogaširovu reakciu, kde halogénderivát sa nechá reagovať s trimetylsilylacetylénom (TMSA): HC≡C-SiMe3, ktorý je kvapalný na rozdiel od plynného acetylénu (HC≡CH). V druhom kroku sa vykoná desilylácia za vzniku terminálneho alkínu: R-C≡CH pôsobením alkalického hydroxidu, uhličitanu alebo fluoridu. Takto pripravený terminálny alkín je možné podrobiť ďalšej Sonogaširovej reakcii.[4]

Ďalším problémom acetylénu v Sonogaširovej reakcii je, že je menej reaktívny ako vzniknutý monosubstituovaný acetylén, takže reakcia prebieha do druhého stupňa za vzniku interného alkínu.[5][4]

Analogicky ku TMS skupine, je možné terminálne alkíny chrániť a pripravovať z 2-metyl-3-butin-2-olu. Ten sa zavedie na halogénderivát Sonogaširovou reakciou a následná deprotekcia hydroxidom draselným za zvýšenej teploty prebieha ako retro-Favorského eliminácia acetónu.[5][6]

Mechanizmy Sonogaširovej reakcie

[upraviť | upraviť zdroj]
Mechanizmus Sonogaširovej reakcie
Mechanizmus Sonogaširovej reakcie

Mechanizmus Sonogaširovej reakcie zahrňujúci úlohu paládia (Pd cycle) a úlohu medi (Cu cycle): V prvom kroku sa z paládiového prekatalyzátora vytvorí koordinačne nenasýtený komplex paládia, ktorý je katalyticky aktívny (A), v oxidatívnej adícii (OA) na nulamocné paládium Pd0 vnorí do väzby halogénderivátu R1-X za tvorby komplexu B.

Cyklus medi začína vstupom alkínu do koordinačnej sféry jednomocnej medi D, čím vznikne komplex E, kde je alkín viazaný svojimi π elektrónmi. Odčerpanie π elektrónov alkínu spôsobí vzrast jeho kyslosti. V ďalšom kroku báza (base) deprotonizuje alkín, ktorý sa na meď naviaže svojimi σ-elektrónmi za tvorby komplexu F.

V druhom kroku reaguje komplex paládia B s komplexom medi F, kde si v rámci transmetalácie (TM) vymenia ligandy, pričom paládium získa acetylidový ligand od medi a meď získa halogén. Hnacou silou je tvorba stabilnejších väzieb uhlík-kov: paládium je podľa Pearsonovej teórie kyselín a zásad mäkkšou kyselinou, ktorá preferenčne viaže mäkké ligandy ako sú uhlíkové ligandy. Transmetalácia obnoví meďný katalyzátor a vytvorí komplex paládia C, ktorý ako cis-izomér je schopný reduktívnej eliminácie za tvorby väzby C-C v produkte R1-C≡C-R2 za obnovy paládiového katalyzátora. Tvorba produktu a regenerácia paládiového katalyzátora prebieha v reduktívnej eliminácii (RE).

Referencie

[upraviť | upraviť zdroj]
  1. ↑ Japan‐Preis: E. Charpentier und J. A. Doudna / Japanischer Spezialpreis für organische Synthesechemie: K. Sonogashira / CNRS‐Medaillen: L. Fensterbank, C. Allain, M. Raynal, S. Ulrich, S. Cavaliere, C. Matei Ghimbeu und A. Gautier. Angewandte Chemie, 2017-05-02, roč. 129, čís. 19, s. 5235–5236. Dostupné online [cit. 2024-10-20]. ISSN 0044-8249. DOI: 10.1002/ange.201703151. (po anglicky)
  2. ↑ a b LI, Jie Jack. Name Reactions: A Collection of Detailed Mechanisms and Synthetic Applications. Cham : Springer International Publishing, 2021. DOI: 10.1007/978-3-030-50865-4. Dostupné online. ISBN 978-3-030-50864-7. DOI:10.1007/978-3-030-50865-4 (po anglicky)
  3. ↑ a b c d e f g h i j k l KURTI, Laszlo; CZAKO, Barbara. Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis. 1. vyd. [s.l.] : Academic Press, 2005. ISBN 978-0124297852.
  4. ↑ a b TAKAHASHI, S.; KUROYAMA, Y.; SONOGASHIRA, K.. A Convenient Synthesis of Ethynylarenes and Diethynylarenes. Synthesis, 1980, roč. 1980, čís. 08, s. 627–630. Dostupné online [cit. 2024-10-20]. ISSN 0039-7881. DOI: 10.1055/s-1980-29145. (po anglicky)
  5. ↑ a b SONOGASHIRA, Kenkichi; FRANÇOIS, Diederich; STANG, Peter J.. Metal-catalyzed Cross-coupling Reactions. [s.l.] : Wiley-VCH Verlag GmbH, 1998. Dostupné online. ISBN 9783527612222. DOI:10.1002/9783527612222 Kapitola 5. Cross-coupling Reactions to sp Carbon Atoms, s. 203-229. Archivované z originálu.
  6. ↑ HAVENS, Stephen J.; HERGENROTHER, Paul M.. Synthesis of arylacetylenes by the sodium hydride catalyzed cleavage of 4-aryl-2-methyl-3-butyn-2-ols. The Journal of Organic Chemistry, 1985-05, roč. 50, čís. 10, s. 1763–1765. Dostupné online [cit. 2024-10-20]. ISSN 0022-3263. DOI: 10.1021/jo00210a042. (po anglicky)
Zdroj: „https://sk.wikipedia.org/w/index.php?title=Sonogashirova_reakcia&oldid=7950290“