Preskočiť na obsah

Suzukiho reakcia

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Všeobecná schéma Suzukiho reakcie: ide o reakciu halogénderivátu R2-X (R2 = alkyl, alkenyl, aryl; X = -OTf, I, Br, Cl, -OPO(OR)2) s halogénom/triflátom/fosfátom viazaným na C(sp2) alebo C(sp3) a borónovej kyseliny R1-BY2 (R1 = alkyl, alyl, alkenyl, alkynyl, aryl; Y = alkyl/OH/F/pinakol/MIDA,O-alkyl) s naviazaným atómom bóru na C(sp), C(sp2) alebo C(sp3).
Akira Suzuki, laureát Nobel cen za chémiu za rok 2010. Nobelovu cenu získal spolu s Richardom F. Heckom a Ei-ichim Negishim za "paládiom katalyzované cross-couplingové reakcie v organickej syntéze".[1]

Suzukiho reakcia (Suzukiho coupling, Suzukiho Miyaurova reakcia) je paládiom katalyzovaná cross-couplingová reakcia za tvorby väzby medzi C(sp2) alebo C(sp3) uhlíkmi za tvorby biarylov, alkadiénov, alkenylarénov, alkénov, alkánov, alkylarénov. Jeden z reaktov je halogénderivát nesúci halogén na C(sp2) alebo C(sp3) uhlíku a druhý reaktant nesie borylový substituent: boronové kyseliny, estery kyseliny borónovej, MIDA boronáty. Tieto zlúčeniny bóru sa musia aktivovať silnou bázu, typicky sa používajú fosforečnany (K3PO4), uhličitany (Na2CO3,K2CO3, Cs2CO3), alkoxidy, hydroxidy (NaOH, TlOH, Ba(OH)2), fluoridy (KF, CsF, Bu4NF). Ako paládiový katalyzátor sa najčastejšie používa tetrakis(trifenylfosfín)paládium Pd(PPh3)4. Na realizáciu Suzukiho reakcie boli vyvinuté viaceré generácie Buchwaldových prekatalzátorov, kryštalické stabilné látky obsahujúce paladacyklus s väzbou paládium-uhlík (napr. XPhosPdG2), ktoré sa spontánne aktivujú reduktívnou elimináciou za vzniku nulamocného paládia (Pd0).

Východzie borónové kyseliny a ich deriváty R1-BY2 sú komerčne dostupné, resp. dostupné hydroboračnými reakciami príslušných boránov s alkínmi a alkénmi. Arylboronáty je možné pripraviť z korešpondujúcich anilínov, ktoré sa transformujú diazotáciou na diazóniové soli, ktoré sa prevedú na arylborónové kyseliny mechanochemickou radikálovou boronáciou za prítomnosti chloridu sodného.[2]

Arylboronáty sa pripravujú paládiom katalyzovanou reakciou arylhalogenidu a B2(pin)2 za vzniku aryl-B(pin) pinakol esteru kyseliny borónovej.

Zavádzanie bóru na aromatický kruh pomocou B2pin2
Zavádzanie bóru na aromatický kruh pomocou B2pin2

Východzie halogénderiváty sú komerčne dostupné, prípadne pripraviteľné bežnými reakciami. Alkylhalogenidy sú dostupné SN2 reakciami príslušných alkoholov, resp. Finkelstienovou reakciou z iných halogénderivátov, radikálovou substitúciou nasýtených uhľovodíkov, adíciou na nenasýtené uhľovodíky a elektrofilnou substitúciou v α-polohe karbonylových zlúčenín. Arylhalogenidy sú dostupné z aromatických amínov pomocou diazotácie a následnej Sandmeyerovej reakcie, reps. elektrifilnou aromatickou substitúciou alebo nukleofilnou aromatickou substitúciou.

Východie trifláty sú dostupné esterifikáciami fenolov trifluórmetánsulfónovou kyselinou, resp. jej chloridom alebo anhydridom.

Zhrnutie vlastností reaktantov, činidiel a podmienok Suzukiho-Miyaurovej reakcie
Zlúčenina bóru R1-BY2 Halogénderivát R2-X Katalyzátor Teplota Báza
Uhlík väzby C-B Y Uhlík väzby C-X X Pd0 PdII t/°C
hybridizáciia typ hybridizáciia typ OTf (triflát)

OPO(OR)2 (fosfát) I (jódderivát) Br (brómderivát) Cl (chlórderivát)

Pd(PPh3)4Pd2(dba)3

Pd2(dba)3+P(t-Bu)3

PdCl2(dppf)

PdCl2(XPhos)2 PdCl2(DPEPhos)2

Pd(OAc)2+TPPTS Pd(OAc)2+TPP

Pd(OAc)2+PCy3.HBF4 Pd(OAc)2+RuPhos

Pd(OAc)2+SPhos

C(sp2) aryl, alkenyl OH(borónová kyselina)

alkyl (dialkylborán) O-alkyl (ester, napr. pinakol ester) MIDA (komplex bóru) F(trifluórborát)

C(sp2) aryl, alkenyl Laboratórna teplota až

reflux

fosforečnany (K3PO4),

uhličitany (Na2CO3,K2CO3, Cs2CO3), alkoxidy, hydroxidy (NaOH, TlOH, Ba(OH)2), fluoridy (KF, CsF, Bu4NF).

C(sp3) alkyl C(sp3) alkyl
C(sp) alkinyl

TPPTS: sodná soľ trifenylfosfín-3,3′,3′′-trisulfónovej kyseliny: sulfonovaný analóg trifenylfosfínu (TPP), ktorý je rozpustný vo vode

Pd2(dba)3: tris(dibenzylidénacetón)dipaládium(0)

Výhody Suzukiho-Miyaurovej reakcie

[upraviť | upraviť zdroj]

Suzukiho-Miyaurova reakcia patrí medzi jednu z najpožívanejších cross-couplingových reakcií a jednu z najvyužívanejších reakcií v organickej syntéze na tvorbu väzieb C-C a to z týchto dôvodov:

  1. jemné reakčné podmienky:[3] Suzukiho-Miyaurova reakcia sa realizuje pri laboratórnej teplote, resp. za refluxu (varu rozpúšťadla), reakčné časy sú od niekoľkých hodín do jedného dňa,
  2. východzie borónové kyseliny sú ľahko komerčne dostupné,[3] resp. sú pripraviteľné jednoduchými reakciami,
  3. Suzukiho-Miyaurova reakcia má vedľajšie produkty, ktoré sú vo forme solí,[3] takže sú ľahko odstániteľné extrakciou resp. filtráciou, čo Suzukiho-Miyaurovu reakciu robí využiteľnou v priemysle,
  4. borónové kyseliny a ich deriváty sú environmentálne bezpečné,[3] väzba C-B je ľahko odbúrateľná v prírodných podmienkach,
  5. reakciu je možné realizovať na reaktantoch, ktoré majú veľký počet funkčných skupín. To Suzukiho-Miyaurovu reakciu robí vhodnú na modifikáciu zlúčenín v neskorých fázach totálynch syntéz. Suzukiho-Miyaurova reakcia nevyžaduje chránenie funkčných skupín.[3]
  6. Suzukiho-Miyaurova reakcia je stereoselektívna[3] (stereogénne centrá viazané na halogén/bór) neracemizujú, zachovávajú si svoje priestorové usporiadanie,
  7. Suzukiho-Miyaurova reakcia je regioselektívna[3] - na alkéhoch viažucich halogón/bór dojde k vzniku väzby C-C tak, ako to diktujú tieto funkčné skupiny,
  8. je možné využiť aj C(sp3) borónové kyseliny,[3]
  9. reakciu je možné realizovať vo vode alebo v rozpúšťadlách rozpustných vo vode, čo je žiadané z hľadiska zelenej chémie a udržateľného rozvoja.[3]

Nevýhody Suzukiho-Miyaurovej reakcie

[upraviť | upraviť zdroj]

Nevýhody Suzukiho-Miyaurovej rekacie je nutné zvážiť pri plánovaní syntézy produktu:

  1. arylhalogenidy zvyčajne reagujú pomaly, lepšou alternatívou sú trifláty, pričom poradie reaktivity je: TfO>I>Br>Cl>>F,[3]
  2. ako vedľajšie produkty sa často vyskytujú homodiméry reaktantov R1-R1, R2-R2,[3]
  3. ligandy môžu reagovať s reaktantmi na vedľajšie produkty,[3]
  4. reakciu nie je možné realizovať bez prítomnosti silnej bázy, čoho dôsledkom je racemizácia opticky aktívnych reaktantov a aldolová kondenzácia reaktantov s α-kyslými vodíkmi.[3]

Ďalšie vylepšenia Suzukiho-Miyaurovej reakcie

[upraviť | upraviť zdroj]

Za upravených podmienek je možné nechať reagovať aj málo reaktívne arylhalogenidy, na Suzukiho-Miyaurovu reakciu je možné použiť aj alkylhalogenidy (nesúce halogén na C(sp3)), resp. trifluoroboráty R1-BF3K namiesto borónových kyselín a ich esterov; trifluoroboráty R1-BF3K v reakčnom médiu (s obsahom vody) hydrolyzujú na zodpovedajúce borónové kyseliny, pretože bór je oxofilný, i.e. trifluoroboráty R1-BF3K sú v podstate chránené borónové kyseliny.[3]

Mechanizmus

[upraviť | upraviť zdroj]
Mechanizmus Suzukiho reakcie

Reakcia začína oxidatívnou adíciou halogénderivátu (1) s katalyzátorom, ktorým je nulamocné paládium Pd0 s vhodnými lagandami (A). Vznikne organopaladnatá zlúčenina PdII (B), ktorá nesie alkyl, ako jeden zo svojich ligandov.[3] Oxidatívna adícia málo reaktívnych arylchloridov sa urýchľuje použitým objemných a elektrónovo bohatých ligandov, ako napríklad P(t-Bu)3.[3]

Oxidatívna adícia
Oxidatívna adícia


V druhom kroku (metatéza) prítomná báza (NaOtBu) vymení halogenid (X) v koordinačnej sfére paládia (B), uvoľní sa zodpovedajúca anorganická soľ (NaX) za tvorby komplexu C.[3]

V treťom kroku znova reaguje prítomná báza (NaOtBu), tentokrát s prítomnou borónovou kyselinou (2), ktorá má elektrofilný bór, ktorý reaguje s nukleofilnou bázou (napr. terc-butoxidovým aniónom) na borátový komplex (D), ktorý už nesie záporne nabitý bór, ktorý je nukleofilný.[3] Tento proces tvorby borátového komplexu D z príslušnej borónovej kyseliny (alebo jej derivátu) sa nazýva kvarternizácia bóru, ktorá zvýši nukleofilitu alkylového reťazca viazaného na bór (R2) a urýchli jeho prenos na paládium.

V štvrtom kroku (transmetalácii) sa presunie alkyl/alkenyl/aryl (R2) z atómu bóru zlúčeniny (D) na atóm paládia zlúčeniny C za vniku trans-komplexu E.[3]

Aby mohlo dôjsť ku reduktívnej eliminácii, musí zlúčenina E trans-komplexu izomerizovať na cis-komplex.


Tento cis-komplex E podľahne reduktívnej eliminácii, vznikne väzba uhlík-uhlík zlúčeniny 3 a paládium sa regeneruje na nulamocné paládium Pd0(1)[3] za vzniku žiadanej zlúčeniny 3 R1-R2.

Využitie Suzukiho reakcie

[upraviť | upraviť zdroj]

(±)-caparatrién bol pripravený z citronelalu.[4] V prvom kroku pomocou Corey-Fuchsovj reakcie predĺžili aldehyd o jeden uhlík za zisku 1,1-dibrómalkénu, ktorý v druhom kroku transformovali na terminálny alkín pomocou n-butyllítia Fritsch–Buttenberg–Wiechellovým prešmykom. Získaný alkín podrobili hydroborácii pomocou katecholboránu za zisku zodpovedajúcej alkenylborónovej kyseliny, ktorá reagovala v nasledujúcej reakcii: Suzukiho cross-couplingu za zisku (±)-caparatriénu ako zmesi enantiomérov.[4]

Referencie

[upraviť | upraviť zdroj]
  1. ↑ 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)
  2. ↑ ANDREJČÁK, Samuel; KISSZÉKELYI, Péter; MÁJEK, Michal. Mechanochemical Radical Boronation of Aryl Diazonium Salts Promoted by Sodium Chloride. European Journal of Organic Chemistry, 2023-02, roč. 26, čís. 5. Dostupné online [cit. 2024-10-19]. ISSN 1434-193X. DOI: 10.1002/ejoc.202201399. (po anglicky)
  3. ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t KURTI, Laszlo; CZAKO, Barbara. Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis. 1. vyd. [s.l.] : Acamedic Press, 2005. ISBN 978-0124297852.
  4. ↑ a b VYVYAN, James R.; PETERSON, Emily A.; STEPHAN, Mari L.. An expedient total synthesis of (±)-caparratriene. Tetrahedron Letters, 1999-07, roč. 40, čís. 27, s. 4947–4949. Dostupné online [cit. 2024-10-19]. DOI: 10.1016/S0040-4039(99)00865-5. (po anglicky)

Zdroje

[upraviť | upraviť zdroj]
Zdroj: „https://sk.wikipedia.org/w/index.php?title=Suzukiho_reakcia&oldid=7938204“