Palladiumkatalysierte Kreuzkupplungsreaktionen

Quelle: Vy M. Dong und Faben Cruz, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA

Dieses Experiment wird das Konzept von Palladium-katalysierten Cross-Coupling veranschaulichen. Der Aufbau einer typischen Pd-katalysierte Cross-Coupling-Reaktion werden dargestellt. Cross-Coupling PD-katalysierten Reaktionen hatten einen profunden Effekt auf wie Synthesechemiker Moleküle zu schaffen. Diese Reaktionen konnten Chemiker, Anleihen in neue und effizientere Wege zu bauen. Solche Reaktionen fanden weit verbreitete Anwendungen in der feinen chemischen und pharmazeutischen Industrie. Cross-Coupling PD-katalysierten Reaktionen fügen ein weiteres Instrument der Chemiker Toolbox für den Bau von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, die organische Chemie im Mittelpunkt stehen. Die Kombination der Bedeutung der Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen und die Auswirkungen der Pd-katalysierte Cross-Coupling führten diese Reaktionen, die Gegenstand der 2010 den Nobelpreis für Chemie. Ei-Ichi Negishi, einer der Empfänger der 2010 den Nobelpreis für Chemie, erklärte in seiner Nobelpreisrede, dass seine Beweggründe für die Entwicklung dieser Chemie gehörte "breit anwendbare einfache Lego-artiger Methoden für zwei verschiedene einhaken zu entwickeln Bio-Gruppen".

Cross-Coupling PD-katalysierten Reaktionen bestehen aus einem Elektrophil (in der Regel eine Organohalide), einem Nucleophil (in der Regel eine metallorganische Verbindung oder ein Alken) und eines Palladium-Katalysators. Unabhängig vom Elektrophil oder nucleophil verwendet sind alle Pd-katalysierte Kreuze Kupplungen auf der Pd-Katalysator zu aktivieren und verbinden beide Partner angewiesen. Im allgemeinen reagiert eine PD(0)-Art mit der Organohalide über eine oxidative Addition eine Organopalladium-Arten (RPdX) zu bilden. Haworthia Organopalladium dann reagiert mit nukleophilen Partner, eine neue Art der Organopalladium zu generieren und letztlich eine neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung zu konstruieren. Abhängig von der nukleophilen Partner, die Pd-katalysierte Cross-Coupling erhält einen bestimmten Namen (siehe Tabelle 1 unten).

Tabelle 1: Liste der Cross-Coupling Pd-katalysierten Reaktion Namen und deren nukleophilen Partner.

Es gibt zwei allgemeine Mechanismen diese Pd-Katalysator überqueren Kupplungen. Eine für die Heck-Reaktion und einer für den anderen kreuzen Kupplungsreaktionen. Insgesamt, Paare die Heck-Reaktion ein Alken mit ein Organohalide, ein jetzt mehr substituierte Olefin (Abbildung 1) zu generieren. Der erste Schritt einer Heck-Reaktion ist das gleiche wie alle anderen Pd-katalysierte kreuzen Kupplungen. Um zu beginnen, oxidative Addition erfolgt zwischen der Pd (0)-Katalysator und Organohalide, eine Art organopalladium(II) zu generieren. Als nächstes die Olefin-Koordinaten dazu neu organopalladium(II) Arten gebildet. Carbopalladation tritt nach Olefin-Koordination um eine Kohlenstoff-Kohlenstoff und Kohlenstoff-Palladium-Anleihe zu generieren. Als nächstes Beta-Hydrid Beseitigung tritt um eine Pd (II) zu generieren-Hydrid Arten und Olefin-Produkt. Zu guter Letzt reduktive Eliminierung von HX regeneriert die Pd (0)-Katalysator, der Kopplung mit einem anderen Molekül des Organohalide und Olefin fortgesetzt werden kann.

Abbildung 1: Die Heck-Reaktion Paare ein Alken mit ein Organohalide, jetzt mehr substituierte Olefin zu generieren.

Für die verbleibenden Kreuz Kupplung Reaktionen ist der Mechanismus wie folgt (Abb. 2). Oxidative Addition zwischen dem Organohalide und dem PD(0)-Katalysator führt zur Bildung einer organopalladium(II) Spezies. Haworthia organopalladium(II) reagiert mit nukleophilen metallorganische Verbindung in einem Schritt namens Transmetalation um eine organopalladium(II)-Art mit zwei Carbon-Palladium Anleihen zu generieren. Schließlich tritt reduktive Eliminierung zum Erstellen einer neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung und den PD(0)--Katalysator zu regenerieren.

Abbildung 2: Mechanismus für die verbleibenden Kreuz Kupplung Reaktionen.

1. Fügen Sie 4-Iodoacetophenone (246 mg, 1 entspricht, 1 Mmol) Acrylsäure (100 μl, 1,5-Äquivalente, 1,5 Mmol), Natriumcarbonat (Na₂CO₃, 318 mg, 3 Äquivalente, 3 Mmol), PdCl₂ (2 mg, 0,01-Äquivalente, 0.01 Mmol) und Wasser (5 mL, 0,2 M) zu einem um unteren Kolben (~ 20 mL) mit einer magnetischen Stir Bar ausgestattet.
2. Erhitzen Sie die Reaktion auf ca. 100 ° C und rühren Sie, bis zum vollständigen Verbrauch des 4-Iodoacetophenone (ca. 1 h).
   1. Die Reaktion kann durch TLC überwacht werden.
3. Cool das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur nach Fertigstellung.
4. Das Reaktionsgemisch mit 1 M wässrige HCl zum Ansäuern ~ pH 1.
   1. Der pH-Wert des Reaktionsgemisches kann mit Lackmuspapier geprüft werden.
   2. Eine solide sollte Niederschlag.
5. Sammeln Sie die solide über Filtration.
6. Das rohe Material durch Umkristallisation mit einem 1:1 Gemisch aus Methanol/Wasser zu reinigen.

Das Produkt sollte eine solide mit den Folgen ¹H-NMR-Spektrum: ¹H NMR (400 MHz, DMSO-d-₆): δ (ppm) 2,60 (s, 3 H), 6,67 (d, J = 16,0 Hz, 1 H), 7,65 (d, J = 16,0 Hz, 1 H). 7.83 (d, J = 8,4 Hz, 2H). 7.97 (d, J = 8,4 Hz, 2H).

Diese Cross-Coupling Pd-katalysierten Reaktionen haben verändert, wie Moleküle in akademischen und industriellen Einstellungen synthetisiert werden. Die Auswirkungen dieser Technologie kann gesehen werden, in wie Chemiker komplexe Strukturen für Pharma, Landwirtschaft Chemikalien und Materialien konstruieren. Über Pd-katalysierte Kreuz Kupplungen, Übergangsmetall-Katalyse geändert hat (und weiterhin ändern) Synthesechemiker Moleküle vorzubereiten, so kann auf die Gesellschaft durch ihre möglichen therapeutischen Einsatz auswirken.

Viele Moleküle des Interesses für die Behandlung von Krankheiten haben Verbindungen Verbindung aromatisch oder heteroaromatischer Ringe. Palladium Kreuz Koppelung Reaktionen wie die Suzuki-Reaktion, haben weit verbreiteten Einsatz in der pharmazeutischen Industrie für die Herstellung derartiger Strukturen gefunden. Beispielsweise wird ein mehrere Kilo-Waage mit einer Kupplung Suzuki Crizotinib (Xalkori), eine Anti-Krebs-Medikament für die Behandlung von nicht-kleinzelligem Lungenkarzinom, synthetisiert.

Abbildung 3: Crizotinib (Xalkori), eine Anti-Krebs-Medikament.

Palladium Kreuze Kupplungen auch in Richtung der Synthese von Taxol (ein Anti-Krebs-Medikament), Vareniclin (ein Anti-Raucher-Medikament) und Vorstufen für leistungsstarke elektronische Harze angewendet wurden.

Abbildung 4: Taxol (ein Krebsmedikament) Vareniclin (ein Anti-Raucher-Medikament) und Vorstufen für elektronische Hochleistungs-Harze.