Муфта Хияма - Hiyama coupling

Муфта Хияма
Названный в честь	Тамэдзиро Хияма
Тип реакции	Реакция сцепления
Идентификаторы
Портал органической химии	хияма-сцепление
RSC ID онтологии	RXNO: 0000193

В Муфта Хияма это палладий катализированный реакция кросс-сочетания из органосиланы с органические галогениды используется в органическая химия формировать углерод-углеродные связи (Связи C-C). Эта реакция была открыта в 1988 г. Тамэдзиро Хияма и Ясуо Хатанака как метод синтетического образования углерод-углеродных связей с химиотерапия - и региоселективность.^[1] Сочетание Хияма применялось для синтеза различных натуральные продукты.^[2]

${\displaystyle {\begin{matrix}{}\\{\ce {{R-SiR''_{3}}+R'-X->[\mathrm {F^{-}} ][{\text{Pd cat.}}]R-R'}}\end{matrix}}}$

• ${\displaystyle {\ce {R}}}$: арил, алкенил или алкинил
• ${\displaystyle {\ce {R'}}}$: арил, алкенил, алкинил или алкил
• ${\displaystyle {\ce {R''}}}$: Cl, F или алкил
• ${\displaystyle {\ce {X}}}$: Cl, Br, I или OTf

История реакций

Муфта Hiyama была разработана для решения проблем, связанных с другими металлоорганический реагенты. Первоначальная реакционная способность кремнийорганического соединения фактически не была впервые сообщена Хиямой, поскольку Кумада сообщил о реакции сочетания с использованием фторсиликатоворганических соединений.^[3] показано ниже. Затем Хияма обнаружил, что органосиланы обладают реакционной способностью при активации источником фтора.^[4][5] Эта реакционная способность в сочетании с солью палладия создает углерод-углеродную связь с электрофильным углеродом, таким как органический галогенид. По сравнению с проблемами, присущими хорошо используемым металлоорганическим реагентам, таким как магнийорганический (Реагенты Гриньяра ) и органо-медь реагенты, которые очень реакционноспособны и, как известно, обладают низкой хемоселективностью, достаточной для разрушения функциональных групп на обоих партнерах сочетания, кремнийорганические соединения неактивны. Другие металлоорганические реагенты с использованием металлов, таких как цинк, банка, и бор, уменьшают проблему реактивности, но имеют другие проблемы, связанные с каждым реагентом. Цинкорганический реагенты чувствительны к влаге, оловоорганическое вещество соединения токсичны, и борорганический реагенты недоступны, дороги и часто нестабильны. Органосиланы представляют собой легкодоступные соединения, которые при активации (во многом подобно оловоорганическому или борорганическому соединению) из фторида или основания могут реагировать с галогенорганическими соединениями с образованием связей C-C хемо- и региоселективным образом. Реакция, о которой впервые сообщалось, была использована для соединения легко производимого (и активированного) кремнийорганического соединения. нуклеофилы и органо-галогениды (электрофилы ) в присутствии палладиевого катализатора.^[1] С момента этого открытия различными группами была проделана работа по расширению объема этой реакции и «исправлению» проблем с этим первым сочетанием, таких как необходимость активации фторидом органосилана.

Прецедент силикатной муфты для развития муфты Hiyama^[3]

Механизм

Органосилан активируется фторид (в виде какой-то соли, например TBAF или же ТАСФ ) или основу для формирования пятивалентный кремниевый центр, который лабильный достаточно, чтобы позволить разрыв связи C-Si во время стадии трансметаллирования.^[6] Общая схема формирования этого ключевого промежуточного продукта показана ниже. Этот шаг происходит на месте или одновременно с каталитическим циклом реакции.

Механизм сочетания Hiyama следует каталитическому циклу, включая A) окислительная добавка стадия, на которой органический галогенид добавляют к палладию, окисляя металл от палладия (0) до палладия (II); а Б) трансметалляция этап, на котором связь C-Si разрывается и второй углеродный фрагмент связывается с центром палладия; и, наконец, C) a восстановительное устранение Этап, на котором образуется связь C-C и палладий возвращается в свое нулевалентное состояние, чтобы начать цикл заново.^[7] В каталитический цикл показано ниже.

Объем и ограничения

Объем

Муфта Hiyama может применяться для образования C_зр2-C_зр2 (например. арил –Арил) связи, а также C_зр2-C_зр3 (например, арил–алкил ) облигации. Хорошие синтетические выходы получаются при соединении арилгалогениды, винилгалогениды, и аллильный галогениды и йодорганические соединения обеспечивают лучшие урожаи. Объем этой реакции был расширен за счет замыкания колец среднего размера посредством Скотт Э. Дания.^[8]

Сочетание Хиямы как реакция замыкания кольца^[8]

Также было выполнено сочетание алкилгалогенидов с органо-галогенсиланами в качестве альтернативных органосиланов. Хлорсиланы позволяют связываться с арилхлоридами, которых много и которые, как правило, более экономичны, чем арилйодиды.^[9] Никелевый катализатор открывает доступ к новой реакционной способности трифторсилановорганических соединений, как сообщает GC Fu. и другие.^[10] Вторичный алкилгалогениды сочетаются с арилсиланами^[11] с хорошими выходами при использовании этой реакции.

Ограничения

Сочетание Хиямы ограничено необходимостью фторида для активации кремнийорганического реагента. Добавление фторида отщепляет любые защитные группы кремния (например, силиловые эфиры^[12]), которые часто используются в органическом синтезе. Ион фтора также является основным, поэтому на чувствительные к основанию защитные группы, кислотные протоны и функциональные группы может повлиять добавление этого активатора. Большинство активных исследований, касающихся этой реакции, включает в себя решение этой проблемы. Чтобы преодолеть эту проблему, многие группы обратились к использованию других основных добавок для активации или к использованию различных органосилановых реагентов вместе, что привело к множеству вариантов первоначального сочетания Hiyama.

Вариации

В одной модификации сочетания Hiyama используется силациклобутановое кольцо и источник фторида, который гидратирован, как показано ниже.^[13] Это имитирует использование алкоксисилана / органосиланола, а не использование алкилсилана. Механизм этой реакции с использованием источника фторида позволил разработать будущие реакции, в которых можно избежать использования источника фторида.

Предлагаемое переходное состояние соединения силциклобутанов в Дании по Хияме^[13]

Муфты Hiyama без фтора

Было разработано множество модификаций сочетания Hiyama, исключающих использование фторидного активатора / основы. Используя хлорсиланы, Хияма нашел схему сочетания, использующую NaOH как основной активатор.^[14] Сообщалось о модификациях с использованием алкоксисиланов с использованием более мягких оснований, таких как NaOH. ^[15] и даже вода.^[16] Изучение этих механизмов привело к развитию соединения Хияма-Дания, в котором используется органосиланолы как партнеры по связке.

Сочетание Hiyama, промотируемое NaOH^[14]

Другой класс безфторидных муфт Hiyama включает использование Кислота Льюиса добавка, которая позволяет использовать такие основы, как K3PO4^[17] для использования или для протекания реакции без основной добавки.^[18][19] Добавление медь Сообщается также, что сокатализатор позволяет использовать более мягкий активирующий агент.^[17] и даже было показано, что он оборот в котором оборот палладия (II) и меди (I) в каталитическом цикле, а не добавление стехиометрический Кислота Льюиса (например, серебро (I),^[18] медь (I)^[19]).

Соединение Хияма с медным сокатализатором^[17]

Соединение Хияма и Дании

Соединение Хияма и Дании
Названный в честь	Тамэдзиро Хияма Скотт Э. Дания
Тип реакции	Реакция сцепления
Идентификаторы
Портал органической химии	hiyama-denamrk-сцепление

В Соединение Хияма и Дании представляет собой модификацию сочетания Hiyama, которая не требует фторидной добавки для использования органосиланолов и органических галогенидов в качестве партнеров сочетания. Общая схема реакции показана ниже, демонстрируя использование База Бронстеда в качестве активирующего агента в отличие от фторида, фосфиновые лиганды также используются на металлическом центре.^[2]

Конкретный пример этой реакции показан с реагентами. Если бы использовался фторид, как в исходном протоколе Хиямы, терт-бутилдиметилсилиловый (TBS) эфир был бы, вероятно, уничтожен.^[20]

Пример силанольного связывания без фторидных добавок^[20]

Механизм сцепления Хияма-Дания

Изучение механизма этой реакции позволяет предположить, что образование силоната - это все, что необходимо для активации добавления органосилана к центру палладия. Наличие пятивалентного кремния не требуется и кинетический Анализ показал, что эта реакция имеет зависимость первого порядка от концентрации силоната.^[2] Это происходит из-за образования ключевой связи, связи Pd-O во время стадии трансметаллирования, которая затем позволяет переносить углеродный фрагмент на центр палладия. На основании этого наблюдения кажется, что стадией ограничения скорости в этом каталитическом цикле является образование связи Pd-O, при котором повышенные концентрации силоната увеличивают скорость этой реакции (что указывает на более быстрые реакции).

Смотрите также

• Чертовски реакция
• Муфта Кумада
• Муфта Негиши
• Муфта Соногашира
• Стилле реакция
• Сузуки реакция
• Катализируемые палладием реакции сочетания

внешняя ссылка

• Информация о муфтах Hiyama
• Информация о муфтах Хияма – Дания

Рекомендации

1. Hatanaka, Y .; Хияма, Т. (1988). «Перекрестное сочетание органосиланов с органическими галогенидами, опосредованное палладиевым катализатором и дифтортриметилсиликатом трис (диэтиламино) сульфония». Журнал органической химии. 53 (4): 918–920. Дои:10.1021 / jo00239a056.
2. Дания, S. E .; Регенс, С. С. (2008). «Катализируемые палладием реакции перекрестного связывания органосиланолов и их солей: практические альтернативы методам на основе бора и олова». Отчеты о химических исследованиях. 41 (11): 1486–1499. Дои:10.1021 / ar800037p. ЧВК  2648401. PMID  18681465.
3. Yoshida, J .; Tamao, K .; Yamamoto, H .; Какуй, Т .; Uchida, T .; Кумада, М. (1982), "Фторорганические силикаты в органическом синтезе. 14. Образование углерод-углеродных связей, стимулируемое солями палладия", Металлоорганические соединения, 1 (3): 542–549, Дои:10.1021 / om00063a025
4. Hiyama, T .; Obayashi, M .; Мори, I .; Нозаки, Х. (1983), "Получение свободных от металлов силильных анионов из дисиланов и фторидного катализатора. Синтетические реакции с альдегидами и 1,3-диенами", Журнал органической химии, 48 (6): 912–914, Дои:10.1021 / jo00154a043
5. Fujita, M .; Хияма, Т. (1988), "Эритро-директивное восстановление -замещенных алканонов с помощью гидросиланов в кислой среде", Журнал органической химии, 53 (23): 5415–5421, Дои:10.1021 / jo00258a004
6. Хияма, Т. (2002), «Как я столкнулся с реакцией кросс-сочетания на основе кремния», Журнал металлоорганической химии, 653 (1–2): 58–61, Дои:10.1016 / s0022-328x (02) 01157-9
7. Miyaura, N .; Сузуки, А. (1995), "Катализируемые палладием реакции перекрестной связи борорганических соединений", Химические обзоры, 95 (7): 2457–2483, CiteSeerX  10.1.1.735.7660, Дои:10.1021 / cr00039a007
8. Дания, S. E .; Ян, С.-М. (2002), "Внутримолекулярные реакции перекрестного связывания при помощи кремния: общий синтез колец среднего размера, содержащих 1,3-цис-цис-диеновое звено", Журнал Американского химического общества, 124 (10): 2102–2103, Дои:10.1021 / ja0178158, PMID  11878949
9. Gouda, K.-i .; Hagiwara, E .; Hatanaka, Y .; Хияма, Т. (1996), "Реакции перекрестного связывания арилхлоридов с хлорорганическими соединениями: высокоэффективные методы арилирования или алкенилирования арилхлоридов", Журнал органической химии, 61 (21): 7232–7233, Дои:10.1021 / jo9611172, PMID  11667637
10. Пауэлл, Д. А .; Фу, Г. С. (2004), "Катализируемые никелем перекрестные связи кремнийорганических реагентов с неактивированными вторичными алкилбромидами", Журнал Американского химического общества, 126 (25): 7788–7789, Дои:10.1021 / ja047433c, PMID  15212521
11. Стротман, Н. А .; Sommer, S .; Фу, Г.С. (2007), "Реакции Хиямы активированных и неактивированных вторичных алкилгалогенидов, катализируемые комплексом никель / норэфедрин", Angewandte Chemie International Edition, 46 (19): 3556–3558, Дои:10.1002 / anie.200700440, PMID  17444579
12. Greene, T. W .; Wuts, P. G. M. Защитные группы в органическом синтезе, 3-е изд .; Джон Вили и сыновья: Нью-Йорк, 1991. ISBN  0471160199
13. Дания, S. E .; Wehrli, D .; Чой, Дж. Я. (2000), "Конвергенция механистических путей в катализируемом палладием (0) перекрестном взаимодействии алкенилсилациклобутанов и алкенилсиланолов", Органические буквы, 2 (16): 2491–2494, Дои:10.1021 / ol006170y, PMID  10956529
14. Hagiwara, E .; Gouda, K.-i .; Hatanaka, Y .; Хияма, Т. (1997), «Реакции кросс-сочетания кремнийорганических соединений с органическими галогенидами, стимулированные NaOH: практические пути к биарилам, алкениларенам и сопряженным диенам», Буквы Тетраэдра, 38 (3): 439–442, Дои:10.1016 / с0040-4039 (96) 02320-9
15. Shi, S .; Чжан, Ю. (2007), "Pd (OAc) 2-Катализированные реакции перекрестного связывания без фторидов арилсилоксанов с арилбромидами в водной среде", Журнал органической химии, 72 (15): 5927–5930, Дои:10.1021 / jo070855v, PMID  17585827
16. Wolf, C .; Lerebours, R. (2004), "Катализированные палладием-фосфиновой кислотой NaOH-промотированные реакции перекрестного связывания арилсилоксанов с арилхлоридами и бромидами в воде", Органические буквы, 6 (7): 1147–1150, Дои:10.1021 / ol049851s, PMID  15040744
17. Nakao, Y .; Takeda, M .; Matsumoto, T .; Хияма, Т. (2010), "Реакции перекрестного связывания посредством внутримолекулярной активации алкил (триоргано) силанов", Angewandte Chemie, 122 (26): 4549–4552, Дои:10.1002 / ange.201000816
18. Hirabayashi, K .; Мори, А .; Kawashima, J .; Сугуро, М .; Nishihara, Y .; Хияма, Т. (2000), "Катализированное палладием перекрестное связывание силанолов, силандиолов и силантриолов под действием оксида серебра (I)", Журнал органической химии, 65 (17): 5342–5349, Дои:10.1021 / jo000679p, PMID  10993364
19. Nishihara, Y .; Икегашира, К .; Hirabayashi, K .; Ando, ​​J.-i .; Мори, А .; Хияма, Т. (2000), «Реакции связывания алкинилсиланов, опосредованные солью Cu (I): новые синтезы конъюгированных дийнов и дизамещенных этинов», Журнал органической химии, 65 (6): 1780–1787, Дои:10.1021 / jo991686k, PMID  10814151
20. Дания, S. E .; Smith, R.C .; Чанг, В.-Т. Т .; Мухухи, Дж. М. (2009), "Реакции перекрестного связывания ароматических и гетероароматических силанолатов с ароматическими и гетероароматическими галогенидами", Журнал Американского химического общества, 131 (8): 3104–3118, Дои:10.1021 / ja8091449, ЧВК  2765516, PMID  19199785