Combinação cruzada. Cruzamento clássico

Candidata de Ciências Químicas Olga Belokoneva.

O homem moderno precisa de substâncias cada vez mais complexas e sofisticadas - novos antibióticos, medicamentos contra o câncer, antivirais, produtos fitofarmacêuticos, moléculas emissoras de luz para microeletrônica. O Prêmio Nobel de 2010 reconheceu uma conquista em química orgânica que desencadeou um avanço na indústria química, fornecendo uma ferramenta versátil para criar compostos únicos com uma determinada estrutura química.

Reação de acoplamento cruzado em um catalisador de paládio usando a reação de Negishi como exemplo.

Richard F. Heck nasceu em Springfield (EUA) em 1931 e se formou na Universidade da Califórnia. Heck é atualmente professor honorário da Universidade de Delaware (EUA). Nós cidadãos.

Ei-ichi Negishi nasceu em 1935 em Changchun, China e recebeu seu diploma da Universidade da Pensilvânia. Atualmente, é professor honorário da Purdue University (EUA). cidadão japonês.

Akira Suzuki (Akira Suzuki) nasceu em 1930 em Mukawa (Japão), graduou-se pela Universidade de Hokkaido (Japão). Atualmente, é professor honorário da mesma universidade. cidadão japonês.

Professor Negishi durante uma palestra na Purdue University após o anúncio de seu Prêmio Nobel.

Richard Heck leciona na Universidade de Delaware (final da década de 1960).

Akira Suzuki no Simpósio Internacional do Instituto de Química Orgânica RAS em Moscou, setembro de 2010.

Você tem que amar química. Esta é uma ciência muito bonita que descreve os processos que ocorrem no mundo dos átomos e moléculas. A química deve ser respeitada, pois os compostos químicos criados pelos cientistas permitiram ao homem criar uma civilização tão diferente do mundo da vida selvagem. E para entender como funciona o mundo ao nosso redor - roupas, materiais de construção, estradas, carros, computadores - você precisa saber química.

Quanto mais substâncias complexas uma pessoa precisava no caminho do progresso, mais complexas se tornavam as reações químicas que levaram à sua criação. No início, os químicos seguiram o caminho da tentativa e erro, depois aprenderam a prever o curso das reações e criar condições ideais para a síntese de um determinado produto. Foi quando se tornou possível sintetizar substâncias complexas com propriedades inusitadas e úteis. A maioria deles são compostos orgânicos.

Todos os organismos vivos são compostos de compostos orgânicos. Está tão organizado na natureza que o “esqueleto molecular” de absolutamente todas as moléculas orgânicas é uma cadeia mais ou menos complexa de átomos de carbono interconectados. A ligação carbono-carbono é talvez a ligação química mais importante para toda a vida na Terra.

O átomo de carbono, como todos os outros átomos, é um núcleo carregado positivamente cercado por camadas de nuvens de elétrons. Mas para os químicos, apenas a camada externa interessa, pois é com as nuvens externas que geralmente ocorrem as transformações, que são chamadas de reações químicas. No processo de uma reação química, um átomo procura completar sua camada externa de elétrons para que oito elétrons “girem” ao redor do núcleo. Por si só, o átomo de carbono possui apenas quatro elétrons externos, portanto, na ligação química com outros átomos, busca socializar quatro nuvens “estranhas” para alcançar o cobiçado “oito” estável. Assim, na molécula orgânica mais simples - metano, o átomo de carbono "possui" conjuntamente elétrons com quatro átomos de hidrogênio.

Agora imagine que precisamos sintetizar uma molécula orgânica muito complexa, semelhante à encontrada na natureza. As substâncias naturais geralmente têm propriedades úteis - emitem luz, têm efeito antitumoral, antibacteriano, analgésico e polimerizam. E estabelecer sua síntese laboratorial é uma tarefa muito tentadora. As moléculas de proteína são sintetizadas por engenharia genética, mas as não proteicas precisam ser “cozidas” manualmente em um laboratório químico, o que não é tão simples. Várias pequenas moléculas orgânicas servem como blocos de construção de uma futura estrutura natural complexa. Como fazê-los interagir uns com os outros? Afinal, o átomo de carbono em uma molécula orgânica é estável e não pretende entrar em nenhuma reação com outros átomos.

Para “agitar” o átomo de carbono, para torná-lo reativo, é uma tarefa verdadeiramente Nobel. No início do século, Victor Grignard, o Prêmio Nobel de 1912, descobriu pela primeira vez uma maneira de tornar o carbono mais ativo - ele o ligou a um átomo de magnésio, como resultado do qual o carbono perdeu estabilidade e "começou a procurar" outro átomo de carbono para formar uma ligação química com ele. E no total, por toda a existência dos Prêmios Nobel, cinco (!) Prêmios em química foram concedidos pelo desenvolvimento de métodos de síntese que levam à criação de uma ligação entre dois átomos de carbono. Além de Grignard, Otto Diels e Kurt Alder (1950), Herbert C. Brown e Georg Wittig (1979), Yves Chauvin ), Robert H. Grubbs e Richard R. Schrock (2005).

E, finalmente, o Prêmio Nobel de 2010 também foi concedido por um novo método para criar uma ligação carbono-carbono. O Comitê do Nobel concedeu o prêmio a Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi e Akira Suzuki "pela sua aplicação de reações de acoplamento cruzado usando catalisadores de paládio em síntese orgânica". As reações de acoplamento cruzado são reações orgânicas nas quais uma ligação química é formada entre dois átomos de carbono que fazem parte de moléculas diferentes.

Antes da "era do paládio" inaugurada pelo trabalho dos atuais laureados, os químicos orgânicos tinham que sintetizar moléculas complexas a partir de blocos em várias etapas. Devido à alta atividade dos reagentes, um número tão grande de compostos secundários foi formado nas reações que o rendimento do produto final acabou sendo escasso. O uso de paládio foi uma saída muito bem sucedida. Acabou sendo um "local de encontro" ideal para átomos de carbono. Em um átomo de paládio, dois átomos de carbono estão tão próximos um do outro que uma interação pode começar entre eles. A reação no paládio prossegue com alto rendimento do produto desejado sem processos colaterais indesejáveis.

Os ganhadores do Prêmio Nobel deste ano desenvolveram técnicas para dois tipos de reações envolvendo o paládio. Em ambas as reações, dois reagentes interagem - eletrofílico (com déficit de densidade eletrônica) e nucleofílico (com excesso de densidade eletrônica). Uma molécula de hidrocarboneto (R) sempre atua como um agente eletrofílico, em que o átomo de hidrogênio terminal é substituído por um átomo de halogênio (X = cloro, bromo, iodo). Mas os agentes nucleofílicos diferem - em um caso (Esquema 1) é usada uma molécula de olefina (um hidrocarboneto linear com uma ligação dupla) e no outro (Esquema 2) é usado um composto organometálico (M = zinco, boro ou estanho). Primeiro, forma-se um complexo do átomo de paládio com um agente eletrofílico e, em seguida, esse complexo interage com um composto nucleofílico.

A própria ideia de usar metais de transição, incluindo paládio, em síntese orgânica surgiu muito antes do trabalho dos atuais ganhadores do Nobel. Na década de 1950, na Alemanha, pela primeira vez, um catalisador de paládio começou a ser utilizado para a oxidação industrial do etileno a acetaldeído (processo Wacker), importante matéria-prima para a produção de tintas, plastificantes e ácido acético.

Na época, Richard Heck trabalhava para uma empresa química em Delaware. Ele se interessou pelo processo Wacker e começou a experimentar o paládio. Em 1968, Heck publicou uma série de artigos científicos sobre síntese organometálica usando olefinas. Entre eles está uma nova forma de "reticulação" de uma simples molécula de olefina com um anel de benzeno. O produto desta reação é o vinilbenzeno, do qual se obtém o plástico poliestireno.

Quatro anos depois, ele desenvolveu um novo método usando olefinas, que hoje é chamado de reação de Heck. Foi por essa conquista que ele recebeu o Prêmio Nobel. A inovação não se deu apenas nas olefinas, mas também no uso de compostos de hidrocarbonetos com halogênios como agentes eletrofílicos. Com a ajuda da reação de Heck, hoje eles recebem: o medicamento anti-inflamatório naproxeno (Naproxeno), o medicamento para asma - Singulair (Singulair), compostos emissores de luz para microeletrônica, taxol (Taxol) - um medicamento comum para quimioterapia. De forma não muito trivial - em várias etapas - esse método possibilita a obtenção da droga natural morfina e suas modificações químicas. A reação de Heck também é usada para a síntese de hormônios esteróides (hormônios sexuais, hormônios do córtex adrenal) e estricnina.

Em 1977, Eichi Negishi foi o primeiro a usar um composto de zinco como agente nucleofílico em vez de olefinas. Tais reagentes não dão subprodutos desnecessários, o rendimento do produto final é muito alto. A reação de Negishi permitiu que os químicos "costurassem" grupos funcionais complexos que eram impossíveis de sintetizar "de acordo com Heck".

Dois anos depois, Akira Suzuki usou pela primeira vez um composto contendo um átomo de boro como nucleófilo. A estabilidade, alta seletividade e baixa reatividade dos compostos orgânicos de boro tornaram a reação de Suzuki uma das mais úteis em termos de aplicação prática na produção industrial. Os compostos de boro têm baixa toxicidade, as reações com sua participação ocorrem em condições brandas. Tudo isso é especialmente valioso quando se trata da produção de dezenas de toneladas de um produto, como o fungicida Boscalid (Boscalid), um meio de proteger as plantações de doenças fúngicas.

Uma das conquistas impressionantes do método Suzuki foi a síntese em 1994 da palatoxina, um veneno natural encontrado nos corais havaianos. A palatoxina consiste em 129 átomos de carbono, 223 átomos de hidrogênio, três átomos de nitrogênio e 54 átomos de oxigênio. A síntese de uma molécula orgânica tão grande inspirou outros feitos de químicos. A reação de Suzuki tornou-se uma ferramenta poderosa na química de compostos naturais. De fato, apenas sintetizando um análogo artificial em um tubo de ensaio e comparando suas propriedades com uma substância natural, pode-se confirmar com segurança a estrutura química de um determinado composto natural.

Agora os olhos dos químicos orgânicos estão em grande parte voltados para os oceanos, que podem ser considerados como um armazém de produtos farmacêuticos. A vida marinha, ou melhor, as substâncias fisiologicamente ativas que secretam, hoje servem como a principal fonte de progresso na criação de novas drogas. E nisso, as reações de Negishi e Suzuki ajudam os cientistas. Assim, os químicos conseguiram sintetizar a dasonamida A da ascídia filipina, que se mostrou bem na luta contra o câncer de intestino. Um análogo sintético da dragmacidina F de uma esponja marinha da costa italiana afeta o HIV e o herpes. Discodermolida da esponja do mar do Caribe, que é sintetizada usando a reação de Negishi, é muito semelhante em atividade funcional ao taxol.

Os catalisadores de paládio ajudam não apenas a sintetizar compostos naturais em laboratório, mas também a modificar os medicamentos existentes. Isso aconteceu com a vancomicina, um antibiótico que vem sendo usado desde meados do século passado para tratar o Staphylococcus aureus. Durante o tempo que se passou desde o início do uso do medicamento, as bactérias adquiriram resistência a ele. Então, agora, com a ajuda da catálise do paládio, cada vez mais novas modificações químicas da vancomicina precisam ser sintetizadas, que mesmo amostras de bactérias resistentes podem manipular.

Moléculas orgânicas capazes de emitir luz são usadas na produção de LEDs. Essas moléculas complexas também são sintetizadas usando a reação de Negishi e Suzuki. A modificação química das moléculas emissoras de luz torna possível aumentar a intensidade do brilho azul sob a influência de uma corrente elétrica. Os diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs) são usados ​​na produção de telas superfinas, com apenas alguns milímetros de espessura. Esses displays já são usados ​​em telefones celulares, navegadores GPS, dispositivos de visão noturna.

A síntese usando um catalisador de paládio é usada na indústria farmacêutica, na produção de produtos fitofarmacêuticos e materiais de alta tecnologia. Com a ajuda de reações de acoplamento cruzado, é possível criar análogos de compostos naturais de quase qualquer configuração molecular, o que é muito importante para entender a relação entre a estrutura e as propriedades de moléculas orgânicas complexas.

As reações de Heck, Suzuki e Negishi são constantemente modificadas e complementadas por outros químicos. Uma dessas inovações está associada ao Prêmio Nobel de Física deste ano. Os cientistas conseguiram anexar átomos de paládio à estrutura molecular do grafeno, e o catalisador de suporte sólido resultante foi usado com sucesso para realizar a reação de Suzuki em meio aquoso. O uso prático do grafeno é uma questão do futuro, e as reações de acoplamento cruzado em um catalisador de paládio já prestaram um grande serviço à humanidade, embora na verdade sua procissão triunfal esteja apenas começando.

1. Introdução.

2. Revisão da literatura.

2.1. Mecanismo de acoplamento cruzado catalisado por complexos de paládio(O) estabilizados por ligantes de fosfina monodentan.

2.1.1. Pd°L4 como precursor de PdL2 (L = PPh3).

2.1.2. Pd°(dba)2 + nL (n>2) como precursor de PdL2 (L = ligante de fosfina monodentado).

2.1.3. Pd°(OAc)2 + nL (n>3) (L - PPh3).

2.1.4. PdX2L2 (X = haleto, L = PPh3).

2.2. Estrutura de complexos de arilpaládio(II) obtidos por adição oxidativa a haletos/triflatos de arila.

2.2.1. TpaHC-Ar?dXL2 (X = haleto, L = PPh3).

2.2.2. Complexos de dímeros? (X = haleto,

2.2.3. Complexos catiônicos ////."az/e-ArPdl^S4^ (S = solvente,

2.2.4. Equilíbrio entre o complexo neutro ArPdXL2 e o catiônico ArPdL2S+ (X = haleto, L = PPh3).

2.2.5. Complexos aniônicos de cinco coordenadas: ArPdXXiL2"

X e Xi = haletos, L = PPh3).

2.2.6. Complexos neutros com ?aH6"-ArPd(OAc)L2 (L = PPh3).

2.3. Reações de nucleófilos com complexos de arilpaládio (remetilação).

2.3.1. Complexos catiônicos ArPdL2S+ (L = PPh3).

2.3.2. Complexos de dímero 2 (X = haleto,

2.3.3. Complexos w^mc-ArPd(OAc)L2 (L = PPh.O-.

2.3.4. Complexos Trans-ArPhoXb2 (X = haleto, L = monofosfina).

2.3.5. Complexos aniônicos de cinco coordenadas: ArPdXXiL^"

X e Xi = haletos, L = PPb3).

2.4. Mecanismo da reação de acoplamento cruzado catalisada por complexos de paládio(O) estabilizados por ligantes de fosfina bidentados.

2.4.1. Pd^V-L-IOOL-L) - como precursor para a obtenção de Pd°(L-L)

2.4.2. Pd°(dba)2 e L-L - como precursor para a obtenção de Pd°(L-L)

L = ligante de difosfina).

2.4.3. Remetalização de complexos z/Mc-ArPdX(L-L).

2.4.4. Eliminação redutiva de complexos */MC-ArPdNu(L-L).

2.5. Idéias gerais sobre a reação de Begishi.

2.5.1. Métodos de poluição de compostos organozincos.

2.5.1.1 Remetalização.

2.5.1.2 Revestimento de zinco oxidativo.

2.5.1.3 Troca de Zn-halogênio.

2.5.1.4 Troca de Zn-hidrogênio.

2.5.1.5 Hidrozincação.

2.5.2. Influência da natureza do eletrófilo (RX).

2.5.3. Catalisadores e ligantes de paládio ou níquel.

2.6. Utilização da reação de Tsegishi para obtenção de biarilos.

2.7. Avanços recentes no campo da obtenção de biarilos pela reação de acoplamento cruzado.

3. Discussão dos resultados.

3.1. Síntese de yans-zirconocenos envolvendo arilação catalítica preliminar de ligantes em ponte substituídos por halogênio.

3.1.1. Síntese de b?/c(indenil)dimetilsilanos halogenados e compostos semelhantes.

3.1.2. Arilação catalisada por paládio de bms(indenil)dimetilsilanos substituídos por halogênio 4/7 e compostos similares.

3.1.3. Síntese de ansch-zirconocenos a partir de ligantes obtidos por reação de acoplamento cruzado envolvendo ligantes em ponte substituídos por halogênio.

3.2. Estudo da arilação catalisada por paládio de complexos de zircônio e háfnio substituídos por halogênio.

3.2.1. Síntese e estudo da estrutura de complexos substituídos por halogênio de zircônio e háfnio.

3.2.2. Estudo da arilação de Negishi catalisada por paládio envolvendo complexos de zircônio e háfnio substituídos por halogênio.

3.2.3. Estudo da arilação de Suzuki-Miyaura catalisada por paládio envolvendo complexos de zircônio substituídos com bromo e NaBPht.

4. Parte experimental.

5. Conclusões.

6. Literatura.

Lista de abreviações

DME dimetoxietano

THF, THF tetrahidrofurano

DMF dimetilformamida

NML N-metilpirrolidona

NMI N-metilimidazol

Éter metil terciário butílico MTBE

S solvente, solvente

TMEDA М^К.М"-tetrametiletilenodiamina

Hal halogênio

Nu nucleófilo dba dibenzilidenoacetona

qua ciclopentadieno

qua* pentametilciclopentadieno

Tolil

Ac acetil

RG propil

Su ciclohexil

Alq, Alquil alquil

OMOM MeOSNGO

Piv pivaloyl

COD 1,5-ciclo-octadieno n, p normal e iso t, terciário c, sec secundário o orto p para ciclo equivalente

O número de rotatividade de TON é uma das definições: o número de moles de um substrato que pode ser convertido em produto por 1 mol de um catalisador antes de perder sua atividade.

TTP tri(o-tolil)fosfina

TFP tri(2-furil)fosfina

DPEfos bis(o,o"-difenilfosfino)fenil éter

Dppf 1, G-bis(difenilfosfino)ferroceno

Dipp 1,3-bis(isopropilfosfino)propano

Dppm 1,1 "-bis(difenilfosfino)metano

Dppe 1,2-bis(difenilfosfino)etano

Dppp 1,3-bis(difenilfosfino)propano

Dppb 1,4-bis(difenilfosfino)butano

DIOP 2,3-O-isopropilideno-2,3-dihidroxi-1,4-bis(difenilfosfino)butano

B1NAP 2,2"-bis(difenilfosfino)-1, G-binaftil

S-PHOS 2-diciclohexilfosfino-2",6"-dimetoxibifenil

DTBAH, DTBAL hidreto de diisobutil alumínio

Ressonância Magnética Nuclear NMR

J constante de acoplamento spin-spin

Hz Hz br alargado s singuleto d dupleto dd dupleto dupleto dt dupleto tripleto dkv dupleto quádruplo t tripleto m multipleto

M molar, quádruplo quadrado de metal y alargado ml mililitro μm, | jap micrômetro g grama ml mililitro otteor. da teoria que dizem. toupeira toupeira mimole outros outros

Tbp. ponto de ebulição h h cat. número quantidade catalítica vol. volume

MAO metilalumoxano

Cromatografia líquida de alta eficiência HPLC

Lista recomendada de dissertações

  • Estudo de abordagens para a síntese e estrutura de novos bis-indenil ansa-zirconocenos 2007, candidato de ciências químicas Izmer, Vyacheslav Valerievich

  • Complexos de ciclopentadienil-amida substituídos por halogênio de titânio e zircônio com geometria deformada e reações de acoplamento cruzado com sua participação 2011, Candidato de Ciências Químicas Uborsky, Dmitry Vadimovich

  • Síntese e estudo de ANSA-zirconocenos contendo fragmentos de 4-NR2-2-metilindenil 2008, Candidato de Ciências Químicas Nikulin, Mikhail Vladimirovich

  • Sais de fosfônio à base de fosfinas estericamente carregadas: síntese e aplicação nas reações de Suzuki e Sonogashira 2010, candidato a ciências químicas Ermolaev, Vadim Vyacheslavovich

  • Complexos de paládio(II) com 1,1`-bis(fosfino)ferrocenos. Efeito de Substituintes em Átomos de Fósforo em Propriedades Espectrais, Estruturais e Catalíticas 2007, candidato de ciências químicas Vologdin, Nikolai Vladimirovich

Introdução à tese (parte do resumo) sobre o tema "O uso de reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio para a síntese de complexos de ciclopentadienil e indenil substituídos de zircônio e háfnio"

A produção de poliolefinas é um dos processos fundamentais da indústria moderna, e a maioria desses polímeros é obtida usando catalisadores heterogêneos tradicionais do tipo Ziegler. Uma alternativa a esses catalisadores são sistemas Ziegler-Natta homogêneos e heterogeneizados baseados em derivados ciclopentadienil de metais do subgrupo titânio, que possibilitam a obtenção de novos graus de polímeros com propriedades físico-químicas, morfológicas, granulométricas aprimoradas e outras importantes características de consumo. Obviamente, os modelos teóricos para compostos de metais de transição são difíceis o suficiente para prever as propriedades exatas dos sistemas catalíticos correspondentes usando cálculos modernos em um alto nível de teoria. Portanto, hoje e no futuro próximo, aparentemente, não há alternativa à enumeração experimental dos catalisadores correspondentes e das condições em que são testados. Isso se aplica totalmente aos complexos de ciclopentadienil de metais do subgrupo titânio. Portanto, a criação de novos métodos eficazes para a síntese, e em particular a síntese de alto desempenho desses complexos, é atualmente uma importante tarefa científica e aplicada.

Sabe-se que catalisadores baseados em ansa-metalocenos racêmicos contendo ligantes dimetilsilil-bms-indenil com metil na posição 2 e um substituinte aril na posição 4 (complexos do tipo A), assim como complexos análogos do tipo B, possuem alta atividade e estereosseletividade na polimerização de propileno contendo fragmentos de 2,5-dimetil-3-arilciclopenta[£]tienil.

O principal método para a síntese de ansa-zirconocenos tipo A é a reação entre o sal dilítio do ligante s/c-indenil com tetracloreto de zircônio. Por sua vez, os b's (indenil)dimetilsilanos são obtidos pela reação de 2 equivalentes do sal de lítio do indeno correspondente com dimetildiclorossilano. Esta abordagem sintética não é isenta de inconvenientes. Uma vez que o protão no fragmento indenilo do produto intermediário desta reacção, i.e. indenildimetilclorossilano, que é mais ácido do que no indeno inicial, então, durante a síntese do ligante em ponte, ocorre uma reação lateral de metalação do intermediário com o sal de lítio do indeno. Isso leva a uma diminuição no rendimento do produto alvo, bem como à formação de uma grande quantidade de compostos poliméricos/oligoméricos laterais.

Continuando a lógica da análise retrossintética, deve-se notar que a síntese de indenos substituídos com aril é necessária para obter os bms(indel)dimetilslanos correspondentes. Os indenos aril-substituídos podem ser obtidos pelo método "malon" de vários estágios a partir dos haletos de benzila correspondentes contendo um fragmento bifenil em sua estrutura. De acordo com esta abordagem sintética, o haleto de benzilo de partida é feito reagir primeiro com o sal de sódio ou potássio de éter dietilmetilmalópico. Após saponificação do éster e posterior descarboxilação do diácido resultante, é possível obter o correspondente ácido propiônico substituído. Na presença de AlCl, o cloreto ácido deste ácido é ciclizado para formar a indanona-1 correspondente. A redução adicional de indanonas-1 substituídas com borohidreto de sódio em uma mistura de tetra-hidrofurano-metanol, seguida de desidratação catalisada por ácido dos produtos de redução, leva à formação dos indenes correspondentes. Este método é de pouca utilidade e é muito trabalhoso na síntese de um grande número de indenos substituídos com arilo semelhantes. Isso se deve ao fato de que, em primeiro lugar, os haletos de benzeno, que são os substratos iniciais desta síntese, não são compostos prontamente disponíveis, e a maioria deles deve primeiro ser obtida. Em segundo lugar, uma única síntese “small-op” em vários estágios permite obter apenas um indeno substituído com aril necessário e, portanto, para obter vários produtos do mesmo tipo, essa síntese em vários estágios deve ser realizada várias vezes. vezes.

Uma abordagem alternativa envolvendo arilação catalisada por paládio de indenes halogenados e substratos semelhantes é mais promissora. Tendo recebido o indeno substituído por halogênio "pai" uma vez, somos capazes de sintetizar vários indenos substituídos por aril em um estágio. Apesar das vantagens inegáveis ​​desta abordagem, é necessário notar algumas desvantagens. Por exemplo, para obter vários complexos de apsa substituídos com arilo do tipo A (ou B), é necessário obter vários ligandos em ponte correspondentes, i.e. realizar o número apropriado de reações entre o sal de indeno (ou seu análogo ciclopeitatienil) e dimetilclorossilano. Então, várias reações devem ser realizadas para sintetizar os próprios metalocenos. Supõe-se que uma abordagem mais produtiva consiste na síntese preliminar de um b//c(indenil)dimetilsilano substituído por halogênio "parente", que pode ser usado ainda como substrato para acoplamento cruzado catalítico envolvendo vários derivados de organoelementos aril. Isso tornaria possível obter várias ligas de ponte em um estágio e, em seguida, os metalocenos de Yansa correspondentes. Portanto, um dos objetivos deste trabalho é a síntese de bis(icdenil)dimetilsilanos substituídos com bromo e compostos similares, e então o desenvolvimento de métodos para a arilação catalisada por paládio de tais substratos para obtenção de vários ligantes em ponte substituídos por aril.

Deve-se notar que o uso de tais substratos na reação de acoplamento cruzado pode estar associado a certas dificuldades. Isso se deve a duas circunstâncias. Primeiro, os derivados de silil de indenos não são compostos completamente inertes na presença de catalisadores de paládio. Esses compostos, que incluem fragmentos de olefina e alilsilil, são substratos potenciais para as reações de Heck e Hiyama, respectivamente. Em segundo lugar, a ligação silício-ciclopentadienil em o'c(indenil)dimetilsilanos é conhecida por ser muito sensível a álcalis e ácidos, especialmente em meios próticos. Portanto, restrições bastante rígidas foram inicialmente impostas às condições para a implementação da arilação catalítica. Em particular, a realização da reação na presença de bases em solventes próticos, por exemplo, água, foi completamente excluída. A utilização de bases fortes, como ArMgX, que são substratos na reação de Kumada, também foi inaceitável, pois pode ser acompanhada de metalação de fragmentos de indenil e diminuição do rendimento de compostos alvo.

Sem dúvida, um método sintético envolvendo uma reação de cross-matching com a participação de bms(indenil)dimetilsplanos contendo halogênios permitirá simplificar significativamente a preparação de vários n-metalocenos aril-substituídos semelhantes com base neles, pois permite a introdução de um fragmento de arilo numa fase relativamente tardia da síntese. Guiado pelas mesmas considerações, pode-se supor que o uso bem-sucedido do complexo Apsa correspondente como substrato “mãe” seria o método mais simples e conveniente para a obtenção de estruturas desse tipo. Aqui, deve-se enfatizar que o uso de complexos como substratos para a reação de acoplamento cruzado é ainda mais problemático do que o uso de bis(indenpl)dimetilsilanos. Primeiro, os complexos de zircônio interagem com compostos organolítio e organomagnésio para formar compostos com ligações Zt-C. Em segundo lugar, os complexos de zircônio, por si só, são compostos sensíveis a traços de água e ar, o que dificulta significativamente o trabalho do ponto de vista metodológico. No entanto, outro objetivo deste trabalho foi desenvolver métodos para a síntese de complexos halogênio-substituídos/Dciclopentadienil de zircônio (e háfnio) de vários tipos, bem como o posterior estudo da possibilidade de utilização desses compostos como substratos em catalisadores catalisados ​​por paládio. Reações de acoplamento cruzado de Negishi e Suzuki-Miyaura.

Devido ao fato de que a reação de Negishi com a participação de compostos organozincos foi utilizada como o principal método de acoplamento cruzado de substratos substituídos por halogênio, a revisão de literatura da dissertação é principalmente dedicada à descrição deste método em particular.

2. Revisão da literatura

A seguinte revisão de literatura é composta por três partes principais. A primeira parte descreve os resultados dos estudos sobre os mecanismos de reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio (Esquema 1). A possibilidade de implementação efetiva da reação de acoplamento cruzado depende de vários fatores, como a natureza do pré-catalisador, a natureza dos substratos, solvente e vários aditivos. Assim, o objetivo da primeira parte da revisão de literatura, além de descrever os mecanismos de reação, foi considerar essas dependências. A segunda parte da revisão de literatura é dedicada à reação de Negishi, que é um acoplamento cruzado catalisado por complexos de paládio ou níquel envolvendo vários eletrófilos orgânicos e compostos organozincos. A história da descoberta deste método é brevemente descrita, bem como os principais fatores que podem afetar o rendimento do produto na reação de Negishi, ou seja, a natureza do pré-catalisador, a natureza dos substratos e solvente utilizado. O acoplamento cruzado com compostos organozinco catalisados ​​por complexos de paládio ou níquel tem amplas possibilidades sintéticas, possibilitando a obtenção de um grande número de produtos orgânicos valiosos. Reações de acoplamento cruzado em geral e, em particular, o método de Negishi, são frequentemente usados ​​para formar a ligação C(sp2)-C(sp2). sintetizar vários biarilos, cuja preparação por métodos alternativos parecia ser uma tarefa muito difícil. A reação de Negishi permite obter biarilos de várias naturezas em condições bastante amenas e com bons rendimentos. A terceira parte da revisão da literatura é dedicada a descrever as possibilidades da reação de Negishi para a síntese de vários compostos contendo uma fração biarílica. Além disso, a estrutura da apresentação é tal que as possibilidades sintéticas deste método são consideradas em comparação com outros protocolos principais para reações de acoplamento cruzado. Este tipo de apresentação foi escolhido devido à importância de se escolher as condições para a realização da reação de acoplamento cruzado na síntese de compostos específicos. De referir que, devido à grande quantidade de informação sobre este tema e às limitações impostas ao volume da dissertação, a terceira parte da revisão de literatura delineia apenas as principais e mais características do método Negishi. Assim, o tópico de obtenção de biarilos, em que um ou ambos os fragmentos de aril são compostos heterocíclicos, praticamente não é afetado. Da mesma forma, apesar da ampla escolha de sistemas catalíticos atualmente utilizados na reação de Negishi, apenas os mais comuns são discutidos no presente trabalho. Assim, sistemas catalíticos baseados em complexos de paládio contendo ligantes do tipo carbeno têm sido pouco discutidos. Ao considerar os catalisadores usados ​​na reação de Negishi, a atenção principal foi dada aos sistemas catalíticos baseados em complexos de paládio estabilizados por ligantes de fosfina.

Assim, os complexos de paládio catalisam a formação de uma ligação C-C com a participação de haletos de arila e nucleófilos (Esquema 1).

ArX + MNu -ArNu + MX

Essa reação, descoberta em 1976 por Faurwak, Yutand, Sekiya e Ishikawa usando reagentes de Grignard e compostos de organolítio como nucleófilos, foi então realizada com sucesso com a participação de substratos de organozina, alumínio e zircônio (Negishi), substratos organoestânicos (Milstein e Steele ), bem como compostos organoboro (Miyaura e Suzuki).

O mecanismo de acoplamento cruzado catalisado por complexos de paládio geralmente inclui quatro etapas principais. Para ligantes de fosfina monodentados L, o ciclo catalítico é mostrado no Esquema 2.

Como uma partícula catalítica ativa, costuma-se considerar o complexo de 14 elétrons do paládio(O), . A primeira etapa da reação é a adição oxidativa do haleto de arila com a formação de um complexo α-arilpaládio(II), trans-ArPdXL2, que é formado após rápida isomerização do complexo ?///c correspondente. A segunda etapa do processo é o ataque nucleofílico ao trans-ArPdXL2, que é chamado de etapa de remetalação. Como resultado, forma-se um complexo w/?#wc-ArPdnNuL2, no qual o átomo de paládio(II) está ligado a dois fragmentos, Ar e Nu. Em seguida, é necessária uma etapa de isomerização trans-r\cis, uma vez que o processo de eliminação redutiva, que leva ao produto da reação de acoplamento cruzado e regeneração do complexo inicial de paládio, ocorre exclusivamente pela formação e posterior decomposição do cis-ArPd " complexo NuL2.

Ao considerar catalisadores de paládio estabilizados por ligantes de fosfina monodentados, e no caso de usar brometos ou cloretos de aril reativos relativamente baixos como eletrófilos orgânicos, a etapa que determina a velocidade do ciclo catalítico é considerada o processo de adição oxidativa. Pelo contrário, no caso de utilização de iodetos de arilo mais reactivos, é habitual considerar o passo de remetalação como o passo determinante da velocidade. A etapa de eliminação redutiva também é capaz de determinar a velocidade da reação de acoplamento cruzado devido ao processo de isomerização endotérmica trans-uis.

O estudo da sequência de transformações no estudo do mecanismo da reação de acoplamento cruzado é certamente uma tarefa importante devido à importância deste processo para a química prática. No entanto, deve-se notar que a maioria dos estudos mecanísticos (por exemplo, aqueles subjacentes ao mecanismo apresentado no Esquema 2) foram realizados em sistemas isolados nos quais apenas uma das etapas descritas anteriormente procedeu, ou seja, sob condições bastante semelhantes ao ciclo catalítico mostrado no Esquema 2. A abordagem geral subjacente ao estudo do mecanismo de reação é estudar as etapas elementares separadamente umas das outras, usando como ponto de partida complexos isolados de 18 elétrons estáveis, como o complexo de paládio (O) Pd°L4 - para adição oxidativa, trans - ArPdXL2 - para remetalização e, finalmente, /??/?a//c-ArPdfINuL2 - para o processo de formação de Ar-Nu. Sem dúvida, o estudo de estágios individuais permite representar mais claramente os processos que ocorrem nesses estágios individuais, mas isso não fornece um conhecimento exaustivo sobre a reação de acoplamento cruzado como um todo. De fato, o estudo da reatividade de complexos isolados e, portanto, estáveis ​​em estágios elementares pode levar a resultados errôneos, pois um ciclo catalítico real pode incluir complexos de alta energia e, portanto, instáveis, de difícil detecção. Por exemplo, pode-se notar que ânions, cátions e até ligantes lábeis (por exemplo, dba) presentes no meio de reação afetam a reação de acoplamento cruzado, mas esses fatos não podem ser explicados dentro da estrutura do mecanismo de reação discutido acima, o que indica uma certa inferioridade de estudar o mecanismo do processo com base no estudo de seus estágios individuais.

A eficiência dos complexos de paládio(O) na reação de acoplamento cruzado aumenta em paralelo com sua capacidade de ativar a ligação Ar-X (X = I, Br, C1, OTf) na reação de adição oxidativa. Tanto os complexos estáveis ​​de paládio(O), por exemplo, como os complexos gerados in situ a partir de Pd(dba)2 e fosfinas são usados ​​como catalisadores. Complexos de paládio(II), PdX2L2 (X = CI, Br), também são usados ​​como precursores de paládio(0). Eles são reduzidos pelo nucleófilo presente no meio de reação ou por um agente redutor especialmente adicionado se o nucleófilo tiver poder redutor insuficiente. Uma mistura de Pd(OAc)2 e fosfinas é frequentemente usada como fonte de paládio(0) na reação de Suzuki. Os complexos Pd°L4 e PdChL2 catalisam a formação da ligação C-C no caso de nucleófilos C "duros" e "moles". Pd(dba) mistura? e fosfinas são mais comumente usadas para nucleófilos "moles" na reação de Stiehl. Ligantes monodentados são eficazes em reações de acoplamento cruzado envolvendo nucleófilos que não são capazes do processo de eliminação de p-hidrp, caso contrário, o uso de ligantes bidentados é mais eficaz.

Independentemente do precursor utilizado para obter o paládio(0), o complexo insaturado PdL2 de 14 elétrons é considerado como uma espécie ativa que inicia o ciclo catalítico ao entrar em uma reação de adição oxidativa (Esquema 2). No entanto, a dependência da reatividade do método de obtenção de PdL2 é frequentemente observada. Por exemplo, o uso de um complexo Pd(PPh3)4 como catalisador é frequentemente mais eficiente do que uma mistura de Pd(dba)2 com 2 equiv. PPI13. Este fato indica que dba participa do processo catalítico. Também é postulado que todas as reações de acoplamento cruzado ocorrem através da formação do intermediário trap c-ArPdXL2 durante o processo de transmetalação (Esquema 2). No entanto, alguns ataques nucleofílicos no complexo m/Jcmc-ArPd^PPh^ ocorrem mais lentamente do que todo o ciclo catalítico, sugerindo uma via de reação diferente.

Apesar de todas as deficiências inerentes ao estudo do mecanismo como a soma de etapas elementares individuais, uma consideração mais detalhada do mecanismo da reação de acoplamento cruzado será feita dessa maneira, mas levando em consideração todas as substâncias possíveis presentes no a mistura de reação real, em particular, ligantes "lábeis", tais como dba, ânions e cátions.

Teses semelhantes na especialidade "Química de compostos organoelementos", 02.00.08 código VAK

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Conclusão da dissertação sobre o tema "Química de compostos organoelementos", Tsarev, Alexey Alekseevich

substratos

Catalisador

Ni(PPh3)2Cl2 36

Deve-se notar que, se as combinações de fragmentos aril utilizados na reação não contêm grupos termicamente lábeis, o uso do método de Suzuki parece ser mais preferível. Isso se deve ao fato de que no caso da utilização de ácidos arilborônicos, que possuem estabilidade térmica, é possível realizar a reação de acoplamento cruzado em condições mais severas do que no caso de arpzincatos, que possuem maior labilidade térmica. Isso possibilita a obtenção de produtos carregados estericamente com alto rendimento, excluindo processos indesejáveis ​​de decomposição do composto organometálico original. Ao realizar a reação de Negishi, em alguns casos podem ser observados produtos de homoacoplamento. Este fato pode, aparentemente, ser explicado pelo processo de remetalização, que prossegue com os compostos de cobre-paládio e organozinco. Interações deste tipo não são características de compostos organoboro.

Usando a reação de Negishi, um grande número de biarilos diferentes foram sintetizados, que são interessantes do ponto de vista da biologia e da medicina. Reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio envolvendo compostos organociânicos foram usadas, por exemplo, para obter bifenomicina B (bifenomicina B), xenalipina (xenalepina), magnalol (magnalol), (-)-monoterpenilmagnalol ((-)-monoterpenilmagnalol), corupensamina A e B (corupensamina A, B), yupomatsnoida

15 (eupomatenoid-15), cistina (cistina), PDE472, tasosartan (tasosartan) e losartan (losartan) e alguns outros compostos (esquemas 43-48).

OH co2n nh2 bifenomicina

Eu „magnalol

Me OH corruppensamina A diazonamida A

Me OH corrupensamina B xenalipina

3 estágios jupomatenoid-15 co2z co2z

Cbz" catalisador

Z = TMSE claro

Catalisador Cbz (% de rendimento): Pd(PfBu3)2 (87), Pd(dba)2/TFP(41), Pd(dba)2/dppf (27)

Pd(dba)2/TFP 73%

CHO diazonamida A cistina de múltiplos estágios

V-N precursor de tasosartan N

TBS sec-BuU, TMEDA

THF, -78°С ->

Protocolo

Condições de reação

1. ZnBr2 2. Pd(PPh3)4, THF, Br->j

1. B(OMe)32. H30+ 3. Pd(PPh3)4, Na2C03, hg-d „ DME, ebulição

N VG\ ^ D^DDh.1. TGL "POR

O-™ "o --j:""-O-v

S Me02S"^^ 67% 3"

A, KCH/Hci, PdfPPh, b. 66°C

CI2Pd(PPh3)2, 66°C

2.7. Avanços recentes na preparação de biarilos por reação de acoplamento cruzado

Nos anos 2000, surgiram muitos novos trabalhos dedicados ao estudo da reação de acoplamento cruzado. Assim, foram desenvolvidos novos sistemas catalíticos que permitem resolver problemas práticos que antes não podiam ser resolvidos. Por exemplo, Milne e Buchwald, publicados em 2004, desenvolveram um novo ligante de fosfina I que permite a reação de Negishi entre vários cloretos de arila e compostos organozincos, permitindo a obtenção de biarilos com uma estrutura extremamente carregada estericamente com alto rendimento. ligante I

A presença de grupos como CN-, NO2-, NR2~, OR- não afeta o rendimento do produto de forma alguma. As Tabelas 12 e 13 apresentam apenas alguns dos resultados obtidos.

Lista de referências para pesquisa de dissertação Candidato de Ciências Químicas Tsarev, Alexey Alekseevich, 2009

1. Tempo, min Água, % Metanol, % 0 30 7015 0 100

2. Tempo, min Água, % Metanol, % 000 20 801500 0 1002500 0 1002501 20 - 80

3. Análise elementar. Calculado para С10Н9ВУ: С, 53,36; H, 4.03. Encontrado: C, 53,19; H, 3,98.

4. H NMR (CDCb): 5 7,76 (d, J= 7,6 Hz, 1H, 7-H), 7,71 (d, J= 7,6 Hz, 1H, 5-H), 7,28 (t, J= 7,6 Hz, 1-Í, 6-Í), 3,36 (dd, J= 17,5 Hz, J= 7,6 Hz, 1-Í, 3-Í), 2,70-2,82 (m, 1-Í, 2-Í), 2,67 (dd, J= 17,5 Hz, J= 3,8 Hz, 1-Í, Í"-Í), 1,34 (d, J= 7,3 Hz, ÍM, 2-Me).

5. PS NMR (CDCI3): 5 208,3, 152,9, 138,2, 137,2, 129,0, 122,6, 122,0, 41,8, 35,7, 16,0.

6. Mistura de 4- e 7-bromo-2-metil-N-indenos (1)

7. Análise elementar. Calculado para C10H9VP C, 57,44; H, 4,34. Encontrado: C, 57,59;1. H, 4,40.

8. Análise elementar. Calculado para C10H9CIO: C, 66,49; H, 5.02. Encontrado: C, 66,32; H, 4,95.

9. NMR (CDCb): 5 7,60 (m, IH, 7-H), 7,52 (dd, J= 7,8 Hz, J= 0,9 Hz, 1H, 5-H), 7,29 (m, 1H, 6-H) , 3,35 (m, 1H, 2-H), 2,69 (m, 2H, CH2), 1,30 (d, 3H, Me). 41,3, 33,3, 15,5.

10. Uma mistura de 4- e 7-cloro-2-metil-1//-indenos (2)

11. Análise elementar. Calculado para C10H9CI: C, 72,96; H, 5,51. Encontrado: C, 72,80; H, 5,47.

12. Análise elementar. Calculado para StsNtsVgO: C, 55,25; H, 4,64. Encontrado: C, 55,35; H, 4.66.1. L17

13. Uma mistura de 4-bromo-2,5-dimetil-1//-indeno e 7-br(m-2,6-dimetil-N-1mden (3)

14. Análise elementar. Calculado para ScNuBr: C, 59,22; H, 4 97. Encontrado: C, 59,35; H, 5.03.

15. Bromo-5-metil-4,5-di-hidro-6/7-ciclopenta6.tiofen-6-ona

16. Análise elementar. Calculado para C\sH7BrOS: C, 41,58; H, 3.05. Encontrado: C, 41,78; H, 3.16.

17. NMR (CDCb): 5 7,77 (s, 1H, 2-H), 3,15 (dd, J= 17,2 Hz, J= 7,0 Hz, 1H, 4-H), 3,04 (m, 1H, 5-H) , 2,50 (dd, J= 17,2 Hz, J= 2,9 Hz, 1H, 4"-H), 1,34 (d, J= 7,5 Hz, 3H, 5-Me). 13SNMR (CDCb)" 5 199,3, 165,6, 140,2 , 136,7, 108,4, 47,4, 32,3, 16,7.

18. Bromo-5-metil-4//-ciclopenta6.tiofeno (4)

19. Calculado para C22H22Br2Si: C, 55,71; H, 4,68. Encontrado: C, 56,02; H, 4,77.

20. Bis(4-cloro-2-metil-1#-nnden-1-il)(dimetil)silano (6)

21. Calculado para C22H22Cl2Si: C, 68,56; H, 5,75. Encontrado: C, 68,70; H, 5,88.

22. Procedimento geral para a reação de Negishi envolvendo os compostos 5, 7 e 8

23. O composto 9 foi preparado de acordo com o procedimento geral de reação de Negishi a partir de brometo de aril 5 e brometo de fenilmagnésio. Rendimento 4,54 g (97%) de um sólido branco, que é uma mistura equimolar de isômeros rac e meso.

24. Calculado para Cs^Si: C, 87,13; H, 6,88. Encontrado: C, 87,30; H, 6,93.

25. Hs(2,4-d1setil-1#-inden-1-il)(dimetil)silano (12)

26. O composto 12 foi preparado de acordo com o procedimento geral para a reação de Negishi, partindo de brometo de arila 5 e cloreto de metilmagnésio. Rendimento 3,34 g (97%) de um sólido branco, que é uma mistura equimolar de isômeros rac e meso.

27. Calculado para C24H2sSi: C, 83,66; H, 8.19. Encontrado: C, 83,70; H, 8,26.

28. O composto 13 foi preparado de acordo com o procedimento geral de reação de Negishi a partir de brometo de aril 5 e brometo de 3-trifluorometilfenilmagnésio. Rendimento 5,92 g (98%) de um sólido branco, que é uma mistura equimolar de isômeros rac e meso.

29. Calculado para C36H3oF6Si: C, 71,50; H, 5,00. Encontrado: C, 71,69; H, 5.13.

30. JPic4-(4-N,N-di^IetnlamIschofshIl)-2-metil-1H-inden-l-il.(dimetil)silano14)

31. O composto 14 foi obtido de acordo com o procedimento geral para a reação de Negishi, a partir de brometo de aril 5 e brometo de 4-K,.H-dpmetplaminofesh1lmagnésio. Rendimento 5,10 g (92%) de um sólido branco, que é uma mistura equimolar de isômeros paif e meso.

32. Calculado para C38H42N2SK С, 82,26; H, 7,63. Encontrado: C, 82,41; H, 7,58.

33. Calculado para C38H32S2Si: C, 78,57; E, 5,55. Encontrado: C, 78,70; H, 5,46.

34. O composto 16 foi preparado de acordo com o procedimento geral de reação de Negishi a partir de brometo de arila 5 e brometo de 2-trifluorometilfenilmagnésio. Rendimento 5,86 g (97%) de um sólido branco, que é uma mistura equimolar de rac- e meso-psômeros.

35. Yams4-(4-terc-butilfenil)-2-metsh|-17/-inden-1-il(di1metil)silano (17)

36. O composto 17 foi preparado de acordo com o procedimento geral de reação de Negishi, partindo de brometo de aril 5 e brometo de 4-////7e;/7r-butilfeshmagnésio. Rendimento 5,70 g (98%) de um sólido branco, que é uma mistura 1:1 de isômeros rac e meso.

37. Calculado para C^H^Si: C, 86,84; H, 8.33. Encontrado: C, 86,90; H, 8,39.

38. O composto 18 foi preparado de acordo com o procedimento geral de reação de Negishi a partir de brometo de aril 7 e brometo de fenilmagnésio. Rendimento 4,72 g (95%) de um sólido branco, que é uma mistura equimolar de isômeros rac e meso.

39. b,mc4-(3,5-bis(trifluorometil)fenil)-2,5-dimetil-1Dr-inden-1-il(dimetil)silano (19)

40. Calculado para CsgH^Si: C, 76,97; H, 7,48. Encontrado: C, 77,21; H, 7.56.1. A 23

41. Dicloreto de P'c-dimetilsilil-bisg1=-2-metil-4-(3-trifluorometil11lfe11il)inden-1-il zircônio (23)

42. O composto 23 foi sintetizado de acordo com o procedimento geral a partir do ligando "13. Obteve-se um sólido laranja com 22% de rendimento.

43. Calculado para CaeH.sCbFeSiZr: С, 56,53; H, 3,69. Encontrado: C, 56,70; H, 3,75.

44. Dicloreto de Pc-dimetilsilil-bisg15-2-1uet11l-4-(4-N,N-dimetilaminofenil)nnden-1-il zircônio (24)

45. O composto 24 foi sintetizado pelo procedimento geral a partir de lpgan e 14. Obteve-se um sólido laranja com 23% de rendimento.

46. ​​Calculado para C38H4oCl2N2SiZr: C, 63,84; H, 5,64. Encontrado: C, 64,05; II, 5.77.

47. Rc-dimetilsilil-bis"g|5-2,5-dimetil-4-fenilinden-1-il.dicloreto de zircônio25)

48. O composto 25 foi sintetizado de acordo com o procedimento geral a partir do ligante 18. Obteve-se um sólido laranja com 29% de rendimento.

49. Calculado para C36H34Cl2SiZr: C, 65,83; H, 5,22. Encontrado: C, 65,95; H, 5.31.

50. O composto 26 foi sintetizado pelo procedimento geral a partir do ligante 20. Obteve-se um sólido laranja com 25% de rendimento.

51. Calculado para C3oH26Cl2S2SiZr: C, 56,22; H, 4.09. Encontrado: C, 56,41; H, 4.15.

52. Rsh<-диметилсилил-#ис(т15-3-(1-нафтил)-5-метилциклопента6.тиен-6-ил)цирконий дихлорид (27)

53. O composto 27 foi sintetizado de acordo com o procedimento geral a partir do ligando 22. Obteve-se um sólido vermelho com 22% de rendimento.

54. Calculado para C38H3oCl2S2SiZr: C, 61,59; H, 4.08. Encontrado: C, 61,68; H, 4.15.

55. Uma mistura de dicloretos isoméricos de bis(t/5-2-metil-4-bromindenil)zircônio (32a e 32b)

56. Análise elementar. Calculado para C2oHi6Br2Cl2Zr: C, 41,54; H, 2,79. Encontrado: C, 41,69; H, 2,88.

57. JH NMR (CD2C12): isômero 32a, 5 7,54 (d, J= 8,5 Hz, 2H, b^-H), 7,43 (d, J= 7,2 Hz, 2H, 5,5"-H), 7,00 (dd, J= 8,5 Hz, J= 7,2 Hz, 2H, 7,7"-H), 6,45 (m, 2H, 1,H-H), 6,34 (m, 2H, 3,3"-H), 1,99 (s, 6H, 2,2"- Eu).

58. TNMR (CD2C12): isômero 32b, 5 7,57 (d, J= 8,5 Hz, 2H, 6,6"-H), 7,40 (d, J= 7,2 Hz, 2H, 5,5L-H), 6,98 (dd, J= 8,5 Hz, J- 7,2 Hz, 2H, 7,7^), 6,40 (m, 2H, 1.H-H), 6,36 (m, 2H, 3,3^-H), 2,05 (s, 6H, 2,2"-Me).

59. Análise elementar. Calculado para CisH2iBrCl2SZr: C, 42,27; H, 4.14. Encontrado: 42,02; E, 4.04.

60. Análise elementar. Calculado para C22H2oBr2Cl2SiZr: C, 41,65; H, 3.18. Encontrado: C, 41,50; H, 3.11.

61. HilMP (CD2C13): 5 7,60 (dt, J= 8,7 Hz, J= 0,8 Hz, 2Ii, 5,5"-H), 7,52 (dd, J= 7,2 Hz, J= 0,8 Hz, 2H, 7, 7" -H), 6,87 (dd, J= 8,7 Hz, J= 7,2 Hz, 2H, 6,6"-H), 6,83 (m, 2H, 3,3"-H), 2,18 (dia -, J = 0,5 Hz, 6H, 2,2"-Me), 1,26 (s, 6H, SiMe2). 1. Meso-34:

62. Análise elementar. Calculado para C22H2oBr2Cl2SiZr: C, 41,65; H, 3.18. Encontrado: C, 41,84; H, 3.19.

63. JH NMR (CD2C12): 5 7,57 (d, J= 8,7 Hz, 2H, 5,5"-H), 7,26 (d, J= 7,4 Hz, 2H, 7,7"-H), 6,70 (s, 2H, 3,3 "-H), 6,59 (dd, J= 8,7 Hz, J= 7,4 Hz, 2H, 6,6"-H), 2,44 (s, 6H, 2,2"-Me), 1,37 (s, ZN, SiMe), 1,20 ( s, ZN, SiMe").

64. Análise elementar. Calculado para Ci8Hi6Br2Cl2S2SiZr: C, 33,44; H, 2,49. Encontrado: C, 33,47; H, 2,53.

65. Análise elementar. Calculado para C2oH23CbZr: C, 52,11; H, 5.03. Encontrado: C, 52,34; H, 5.19.

66. Análise elementar. Calculado para C3H2.Br32r: C, 50,58; H, 2,97. Encontrado: C, 50,62; H, 3.02.

67. Análise elementar. Calculado para C27H3C^r: C, 62,77; H, 5,85. Encontrado: C, 57,30; H, 5,99.

68. Análise elementar. Calculado para C26H28Cl2Zr: C, 62,13; H, 5,61. Encontrado: C, 62,34; H, 5,71.

69. Análise elementar. Calculado para C34H3oCl2SiZr: C, 64,94; H, 4,81. Encontrado: C, 65,08; Í, 4,88.t/5-2-Metil-4-p*-tolilindenil)(775-pentametilciclopentadienil)dicloreto de zircônio (42)

70. Análise elementar. Calculado para C27H3oCl2Zr: C, 62,77; H, 5,85. Encontrado: C, 62,95; H, 6,00.

71. Análise elementar. Calculado para CnH3-^CbXr: C, 63,94; H, 6,29. Encontrado: C, 64,11; H, 6,40.

72. Análise elementar. Calculado para Cs2Hs2C12r: C, 66,41; H, 5,57. Encontrado: C, 66,67; H, 5,60.

73. Análise elementar. Calculado para C30H36CI2Z1-: C, 64,49; H, 6,49. Encontrado: C, 64,72; H, 6,62.

74. Análise elementar. Calculado para C3H3C12r: C, 65,19; H, 5,47. Encontrado: C, 65,53; H, 5,56.

75. NMR (CD2C12): 8 7,10-7,97 (m, YuH, 5,6,7-H em indenil e naftil), 6,22 (dd, J=

76. Análise elementar. Calculado para C3iH32Cl2Zr: C, 65,70; H, 5,69. Encontrado: C, 65,99; H, 5,85.

77. Análise elementar. Calculado para C34H32Cl2Zr: C, 67,75; H, 5,35. Encontrado: C, 67,02; H, 5,49.

78. Análise elementar. Calculado para C^+^ChSZr: C, 56,67; H, 5.15. Encontrado: C, 56,95; H, 5,27.

79. Análise elementar. Calculado para C24H26Cl2OZr: C, 58,52; H, 5.32. Encontrado: C, 58,66; H, 5,37.

80. Análise elementar. Calculado para CasHasCbSZr: C, 60,19; H, 5.05. encontrado; C, 60,34; H, 5.20.

81. Análise elementar. Calculado para Cs2H3C1rOgg: C, 64,84; H, 5.10. Encontrado: : C, 64,70; H, 5.01.

82. Análise elementar. Calculado para C27H27CI2F3Z1-: C, 56,83; H, 4,77. Encontrado: C, 56,84; H, 4,88

83. Análise elementar. Calculado para C27H3oCl20Zr: C, 60,88; H, 5,68. Encontrado: C, 61,01; H, 5,75.

84. Análise elementar. Calculado para C28H33Cl2NZr: C, 61,63; H, 6,10; N, 2,57. Encontrado: C, 61,88; H, 6,24; N, 2,39.

85. NMR (CD2CI2): 5 7,59 (m, 2Н, 2,6-Н em С6Н4), 7,30 (m, 1Н, 7-Н em indenil), 7,21 (m, 1Н, 5-Н em indenil), 7,09 (m, 1 Н, 6-Н em indenil), 6,90 (m, 2Н, 3,5-Н em С6Н4), 6,76 (m, 1Н,

86. H em indenil), 6,22 (m, 1H, 3-H em indenil), 3,00 (s, 6H, NMe2), 2,19 (s, 3H, 2-Me em indenil), 2,01 (s, 15H, C. sMes). 75.2-Metil-4-(4-fluorofenil)indenil. Dicloreto de (75-pentametilciclopentadienil)-zircônio (58)

87. Análise elementar. Calculado para C26H27Cl2FZr: C, 59,98; H, 5.23. Encontrado: C, 60,03; H, 5.32.

88. Análise elementar. Calculado para C28H3oCl202Zr: C, 59,98; H, 5,39. Encontrado: C, 60,11; H, 5,52.

89. Análise elementar. Calculado para C27H27Cl2NZr: C, 61,46; H, 5,16; N, 2,65. Encontrado: C, . 61,59; H, 5,26; N, 2,49.

90. Análise elementar. Calculado para C29ll32Cl202Zr: C, 60,61; H, 5,61. Encontrado: C, 60,45; H, 5,77.

91. 1HNMR (CD2C12): 5 8,11 (m, 2H, 3,5-H em SeHC), 7,77 (m, 2H, 2,6-H em SbH), 7,43 (m, 1H, 7-H em indenil), 7,30 (dd , J= 7,0 Hz, J= 0,8 Hz, 1-I, 5-I em indenil), 7,13 (dd, J= 8,5 Hz,

92. Análise elementar. Calculado para QjsHjoCbChZr: C, 59,98; H, 5,39. Encontrado: C, 60,18; H, 5,50.

93. Análise elementar. Calculado para C2.H26C12H £ C, 47,79; H, 4,96. Encontrado: C, 47,87; H, 5.02.

94. H NMR (C6D6): 5 7,02 (m, 1H, 5-H em indenil), 6,88 (m, 1H, 7-H em indenil), 6,80 (dd, J= 8,2 Hz, J= 6,8 Hz, 1H , 6-Í em indenil), 6,45 (m, 1-Í, 1-Í em indenil), 5,56 (d, 2,2

95. Análise elementar. Calculado para C26H2sCl2Hf: С, 52,94; H, 4,78. Encontrado: C, 53,20; H, 4,89.

96. Análise elementar. Calculado para CrmHsoCll": C, 53,70; H, 5,01. Encontrado: C, 53,96; H, 5,13.

97. Análise elementar. Calculado para C3H36CHN £ C, 55,78; H, 5,62. Encontrado: C, 55,91; H, 5,70.

98. Análise elementar. Calculado para CisHicC^Zr: С, 51,88; H, 4,35. Encontrado: C, 52,10; H, 4,47.

99. Análise elementar. Calculado para C22H20CI2Z1-: C, 59,18; H, 4,51. Encontrado: C, 59,47; H, 4,68.

100. Usando a sequência de ações aplicadas no caso de 41, 500 mg (1,15 mmol) 30, 1,50 ml de uma solução 1,0 M (1,50 mmol) de cloreto de l/-tolilmagnésio em THF, 3,0 ml 0,5

101. Solução M (1,50 mmol) de ZnCl2 em THF e 1,15 ml de solução 0,02 M (0,023 mmol) de Pd(P"Bu3)2 em THF levam à formação de um sólido amarelo. Rendimento: 383 mg (75%) .

102. Análise elementar. Calculado para C22H20Cl2Zr: C, 59,18; H, 4,51. Encontrado: C, 59,31; H, 4,60.

103. H NMR (CD2C12): 5 7,05-7,65 (m, 7H, 5,6,7-H em indenil e 2,4,5,6-H em d/-tolil), 6,51 (s, 2H, 1 ,3-H em indenil), 6,02 (s, 5H, C5H5), 2,43 (s, 3H, 3-Me em n*-toll), 2,32 (s, 3H, 2-Me em indenil).

104. Mistura de dicloretos de bis(775-2,4-dimetlindenil)zircônio isoméricos (72a e 72b)

105. Análise elementar. Calculado para C22H22Cl2Zr: C, 58,91; H, 4,94. Encontrado: C, 58,99; H, 4,97.

106. NMR (CD2C12): 5 7,23 (m, 2H, 5,5"-Ii), 6,95 (dd, J= 8,1 Hz, J= 6,9 Hz 2H, 6,6"-H), 6,89 (dt, J = 6,9 Hz, J= 1,0 Hz 2H, 7,7x-H), 6,30 (m, 2H, 1,H-H), 6,16 (d, J= 2,2 Hz, 2H, 3,3"-H), 2,39 (s, 6H, 4,4"-H), 2,15 (s, 6H, 2,G-H).

107. Mistura de diclorondes isoméricos de bis(775-2-metil-4-p-tolilindenl)zircônio (73a e 73b)

108. Análise elementar. Calculado para C34H3oCI2Zr: C, 67,98; H, 5.03. Encontrado: C, 68,11; H, 5.10.

109. Mistura de dicloretos isoméricos de bis(g/5-2-metil-4-p-tolilindenil)zircônio (74a e 74b)

110. Análise elementar. Calculado para C-wITraChZr: C, 70,15; H, 6.18. Encontrado: C, 70,33; H, 6,25.

111. Análise elementar. Calculado para Ci9H24Cl2SZr: C, 51,10; H, 5,42. Encontrado: C, 51,22; H, 5,49.

112. Análise elementar. Calculado para C24H26Cl2SZr: C, 56,67; H, 5.15. Encontrado: C, 56,84; H, 5.23.

113. Análise elementar. Calculado para C25H28Cl2SZr: C, 57,45; H, 5,40 Encontrado C, 57,57; H, 5,50.

114. Análise elementar. Calculado para C^s^sCbSZr: C, 57,45; H, 5,40. Encontrado: C, 57,61; H, 5,52.

115. Análise elementar. Calculado para C^sH^ChSZr: C, 59,55; H, 6.07. Encontrado: C, 59,70; H, 6.16.

116. Ryats-dimetilsilil-Uns "(/75-2-metnl-4-p-tolilindennl) dicloreto de zircônio (rac80)

117. Análise elementar. Calculado para C36H34Cl2SiZr: C, 65,83; H, 5,22. Encontrado: C, 65,94; H, 5,00.

118. Dicloreto de meso-dimetilsilil-^cis(775-2-metil-4-p-tolilindenil)zirconina (meso-80)

119. Análise elementar. Calculado para C36H34Cl2SiZr: C, 65,83; H, 5,22. Encontrado: C, 66,14; H, 5.07.

120. Dicloreto de Pn(-dimetilsilil-bis(775-3-(4-tolil)-5-ciclopeita6.tien-6-il)zircônio (81)

121. Análise elementar. Calculado para C32H3oCl2SSiZr: C, 57,46; H, 4,52. Encontrado: C, 57,70; H, 4,66.

122. Análise elementar. Calculado para C32H26Cl2Zr: C, 67,11; H, 4,58. Encontrado: C, 67,38; H, 4,65.

123. Análise elementar. Calculado para C38H3iBr2NZr: C, 60,64; H, 4,15. Encontrado: C, 60,57; H, 4.19.

124. Análise elementar. Calculado para C34H27Br2NZr: C, 58,29; H, 3,88. Encontrado: C, 58,34; H, 3,92.

125. Dicloreto de rac-dimetilsilil-bis(2-metil-4-fenilindenil-1-il)zircônio (85)

126. Análise elementar. Calculado para Cs+HsoCbSiZr: C, 64,94; H, 4,81. encontrado; C, 65,11; H, 4,92.

127. Complexos de zircônio e háfnio contendo ligantes rf-ciclopentadienil substituídos com bromo e cloro de vários tipos foram obtidos e caracterizados pela primeira vez, inclusive por análise de difração de raios-X.

128. Foi demonstrado que a reação de Suzuki-Miyaura catalisada por paládio usando NaBPlu como agente de arilação pode ser usada com sucesso para sintetizar zirconocenos substituídos por aril a partir dos substratos substituídos por bromo correspondentes.

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O Prêmio Nobel de Química de 2010 foi concedido a cientistas do Japão e dos EUA: Richard Heck, Eiichi Nagishi (na literatura científica de língua russa, seu sobrenome é escrito "Negishi") e Akira Suzuki são premiados pelo desenvolvimento de "reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio". O Comitê Nobel explica que os laureados “desenvolveram novas e mais eficientes maneiras de ligar átomos de carbono para sintetizar moléculas complexas que podem melhorar nossas vidas diárias”. Químicos profissionais e a comunidade solidária estão se regozijando: contrariamente às tendências dos últimos anos e às previsões de especialistas, o prêmio foi concedido não para bioquímica e métodos quase bioquímicos para estudar macromoléculas (que são um alongamento para a química), mas para os mais “ real”, química orgânica sintética. Os habitantes ficam perplexos: que tipo de pessoas são eles e por que os métodos por eles desenvolvidos (expressos em fórmulas muito incompreensíveis) são tão importantes para nós?

Vamos tentar entender qual é a importância e a raridade das reações de acoplamento cruzado, em particular as reações nominais dos ganhadores do Prêmio Nobel, e as reações catalíticas em química orgânica em geral.

Catálise e acoplamento cruzado

Talvez devêssemos começar com como as reações catalíticas diferem de todas as outras interações químicas. Em tais reações, uma “terceira substância” está envolvida - um catalisador que não está incluído na composição dos reagentes iniciais, não está incluído na composição dos produtos da reação e não é consumido na reação, mas tem grande influência em seu curso. Os primeiros catalisadores apenas aceleraram a reação diminuindo sua energia de ativação (a barreira de energia que deve ser superada para iniciar um processo químico).

Arroz. 1. Diagrama esquemático do catalisador

No entanto, em muitos casos, um catalisador pode não apenas acelerar a reação, mas também mudar seu caminho, aumentar sua seletividade e, finalmente, levar a produtos de reação completamente diferentes. Na fig. 1 mostra a variação de energia durante uma reação. No caso de uma reação não catalítica (linha preta), a energia de ativação (ou seja, a energia necessária para iniciar a reação) é maior, mas a reação passa por apenas um estado de transição (ponto máximo). A utilização de um catalisador (linha vermelha) permite reduzir a energia de ativação e passar (neste caso, em geral, não é necessário) por vários estados de transição. Este é, em termos gerais, o mecanismo de funcionamento do catalisador.

No caso de reações orgânicas, o aumento da seletividade e a ativação do átomo de carbono necessário para isso são especialmente importantes. Na interação de grandes moléculas orgânicas, cada composto inicial possui vários centros ativos (átomos de carbono) nos quais a ligação pode ocorrer. Como resultado, é comum que uma reação orgânica não catalítica obtenha uma mistura de produtos, entre os quais o alvo não constitui necessariamente a maior parte. Quanto mais complexas as moléculas, mais produtos; portanto, quanto mais complexa a síntese e a molécula orgânica alvo (droga ou composto natural sintetizado artificialmente), mais aguda é a questão de aumentar a seletividade da reação e o rendimento do produto alvo.

Akira Suzuki

São precisamente essas tarefas que são tratadas com sucesso por reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio. Como o caminho da reação muda? De fato, o catalisador, é claro, interage com os reagentes: participa da formação do chamado estado de transição (daí a mudança na energia de ativação) - um complexo formado na mistura de reação no caminho dos materiais de partida para os produtos da reação.

Na verdade, todas as reações de acoplamento são divididas em dois grandes grupos de reações: acoplamento cruzado (ou acoplamento cruzado), quando ocorre a condensação (combinação) de dois fragmentos orgânicos diferentes (na maioria das vezes obtidos a partir de dois compostos iniciais), e homoacoplamento, quando ocorre a fragmentos de um mesmo material de partida. As reações de acoplamento cruzado são mais interessantes para pesquisa e uso sintético, pois neste caso uma gama maior de compostos é obtida pela introdução de vários fragmentos na reação. Ao estudar reações de acoplamento cruzado, o homoacoplamento geralmente ocorre como uma reação lateral indesejável. Portanto, para aumentar a seletividade, é necessário observar rigorosamente as condições de síntese: proporção de reagentes, concentração de catalisador, tipo de solvente e temperatura.

História e química

Richard Heck

O uso de sais e complexos metálicos como catalisadores virou a química orgânica de cabeça para baixo e trouxe a "construção" de grandes moléculas de partes separadas para um nível completamente diferente. A longo prazo, as obras do químico francês Victor Grignard, que se tornou laureado há quase 100 anos, podem ser consideradas as antecessoras do trabalho dos atuais ganhadores do Nobel. Ele criou a chave para a química sintética da época, o reagente de Grignard - uma classe de compostos organomagnésio, que pela primeira vez tornou possível "cross-link" compostos orgânicos de várias naturezas entre si. Uma inovação é a criação de um composto organometálico através da introdução de um átomo de magnésio entre átomos de carbono e halogênio em um derivado de halogênio. Tal reagente então reagiu efetivamente com vários compostos (carbonilas, derivados de halogênio, tióis, aminas orgânicas e cianetos), reticulando o fragmento orgânico inicial com eles. Isso não apenas abriu oportunidades completamente novas para a química, mas também deu origem a novos problemas - as reações de "Grignard" geralmente não diferiam em alta seletividade. O tempo ditava novas exigências.

Na década de 1970, Richard Heck propôs sua própria versão de catálise de complexo metálico para a "montagem" de moléculas grandes a partir de pequenas - a interação de alcenos (hidrocarbonetos com uma ligação dupla) com derivados de halogênio em um catalisador de paládio.


Arroz. 2. Esquema da reação de Heck

O esquema de comparação cruzada desenvolvido por Heck é mostrado na fig. 2. No primeiro estágio, forma-se um composto intermediário de organopaládio, que é esquematicamente semelhante ao reagente de Grignard. O carbono alceno então ataca o carvão ativado no anel benzênico, um passo fundamental na formação de uma nova ligação carbono-carbono. Depois disso, tanto o átomo de metal (geralmente participando da reação como um complexo) quanto o haleto (neste caso, bromo) são separados do complexo - e o produto final da reação é formado. Nos 10 anos seguintes, Nagishi e Suzuki melhoraram a técnica de reação. O primeiro sugeriu a introdução de um reagente de Grignard modificado (não magnésio, mas organozinco) - isso aumentou a afinidade do átomo de carbono pelo átomo de paládio, e o segundo sugeriu a substituição do zinco por boro, o que reduziu a toxicidade das substâncias na mistura de reação .

Valor aplicado

A coisa mais difícil permanece - explicar por que tudo isso é necessário. “A química orgânica moderna é quase uma arte. Cientistas sintéticos realizam transformações químicas milagrosas em seus frascos e tubos de ensaio. E, como resultado, toda a humanidade usa medicamentos novos e mais eficazes, eletrônicos precisos e materiais de alta tecnologia. O Prêmio Nobel de Química de 2010 foi concedido por reações que se tornaram uma das ferramentas mais importantes no trabalho dos químicos”, o Comitê Nobel tenta explicar a descoberta.

Eiichi Nagishi

No entanto, durante uma coletiva de imprensa com Nagishi, imediatamente após o anúncio dos nomes dos laureados, os jornalistas perguntaram insistentemente qual substância específica ele recebeu o prêmio, qual composto obtido por acoplamento cruzado é o mais importante para a humanidade, que quase desconcertou o cientista. Nagishi tentou explicar que catalisadores de paládio e reações de acoplamento cruzado são usados ​​para sintetizar uma grande variedade de substâncias para diversos fins - novos materiais, drogas, compostos naturais. O importante é que permitem a construção de moléculas grandes a partir de moléculas menores, independentemente da finalidade dos reagentes e produtos iniciais.

Plásticos, produtos farmacêuticos, materiais para a indústria eletrônica e muito mais, uma variedade quase infinita de substâncias pode ser sintetizada usando o método criado por Nagishi, Heck e Suzuki.

Para ilustrar a importância do acoplamento cruzado na química medicinal, aqui está uma revisão das reações orgânicas usadas para a síntese de drogas pela empresa farmacêutica GlaxoSmithKline e publicada em Angewandte Chemie (doi: 10.1002/anie.201002238).


Como pode ser visto no diagrama (no cálculo, cada reação da cadeia de transformações em vários estágios foi considerada como uma separada), as combinações catalisadas por paládio representam 17% de todas as reações "médicas" - este é o tipo mais comum de reação juntamente com condensação e alquilação.

Rastreamento russo?

Proeminentes cientistas russos (soviéticos) também estiveram envolvidos na catálise de complexos metálicos, o que já permitiu ressentir a “falta do prêmio” (entrevista com o acadêmico Tsivadze www.cultradio.ru/doc.html?id=375166&cid=44) . De fato, a pesquisadora russa Acadêmica Irina Petrovna Beletskaya fez uma contribuição significativa para o desenvolvimento deste tópico. Em 2005, depois de receber o Prêmio Nobel por metátese de alceno, Irina Petrovna previu o Prêmio Nobel de acoplamento cruzado dando uma palestra de Natal na Faculdade de Química da Universidade Estadual de Moscou sobre o tema “Para o que eles gostariam de dar e pelo que deram ao Prêmio Nobel em 2005.” No entanto, os químicos sintéticos admitem que a contribuição de Beletskaya é muito menor do que o trabalho dos atuais laureados, embora a entrega do prêmio seja, sem dúvida, o reconhecimento de seus méritos. Aqui está o que a própria acadêmica Beletskaya disse em 2003 sobre as perspectivas para a luta pelo Prêmio Nobel: “Infelizmente, dificilmente podemos competir aqui. Nós apenas temos capacidades técnicas de uma ordem diferente. Sem base reativa, sem materiais. E mesmo que façamos uma síntese importante, ela terá apenas significado teórico. Na prática, isso é impossível de implementar - não há indústria necessária. Em princípio, o resultado desse trabalho deveria ter sido novos medicamentos, e são milhões de investimentos. E não só ninguém nunca investiu nada em nós, mas eles também não vão fazer isso. Por que um funcionário desenvolveria a produção de drogas domésticas se está firmemente convencido de que comprará as importadas para si mesmo?”

Alexandra Borisova,
"Gazeta.Ru"

Primeiro, vamos ver os padrões gerais das reações de acoplamento cruzado.

Metais básicos em química de acoplamento cruzado

estes são metais do grupo 10 em estado de oxidação 0 (metais zerovalentes). Complexos insaturados de coordenação entram na reação. Dos três metais, o paládio é o mais versátil, o níquel tem um uso muito mais restrito e a platina não tem nenhum uso.

Os complexos mais comumente usados ​​são metais zerovalentes

com alguns ligantes simples e prontamente disponíveis: complexo de bis-ciclooctadieno de níquel, complexo de tetraquis(trifenilfosfina) de paládio e um complexo de paládio com dibenzilidenoacetona, que existe em várias formas.

triflatos

- um tipo muito importante de eletrófilos, permitindo o uso de uma grande quantidade de fenóis e compostos carbonílicos enolizáveis ​​no acoplamento cruzado. Mas os triflatos são limitados a derivados com carbono sp2, enquanto os derivados de halogênio podem ter qualquer tipo de carbono eletrofílico.

Adição oxidativa de derivados de cloro

requer ligantes especiais, por exemplo, trialquilfosfinas com substituintes volumosos - tris(terc-butil)fosfina, triciclohexilfosfina. O efeito desses ligantes está associado não apenas à alta doação, mas também ao volume estérico, que promove a formação de complexos ativos coordenativamente insaturados.

Remetalização

esta é a principal maneira de carregar um nucleófilo na esfera de coordenação do metal em um acoplamento cruzado clássico. Com derivados de magnésio, zinco, estanho e outros metais eletropositivos, a remetalização ocorre facilmente e não requer ativação adicional.

A eliminação redutiva é acelerada por quelantes de fosfina

especialmente aqueles em que o ângulo entre as ligações dos centros de fosfina com o metal (ângulo de mordida) é maior que o padrão para complexos planos quadrados de ângulo reto. Um dos ligantes mais populares deste tipo é dppf .

Acoplamento cruzado - processo catalítico

O complexo ativo de zerovalente mell se regenera espontaneamente após a eliminação redutiva e entra em uma nova rodada do ciclo catalítico. Nos diagramas, as etapas do ciclo catalítico estão dispostas em círculo, colocando o complexo metálico ativo no início do ciclo, que deve ser considerado o catalisador real.

Combinação cruzada clássica.

As Quatro Grandes Reações de Acoplamento Cruzado: Reação de Suzuki-Miyaura(acoplamento cruzado com compostos organoboro), reação de Stille ou Kosugi-Migita-Stille (acoplamento cruzado com compostos organoestânicos), reação de Negishi (acoplamento cruzado com compostos organozinco), reação de Kumada ou Kumada-Tamao-Corrio-Murahashi (acoplamento cruzado acoplamento com combinação com compostos de organomagnésio).

O ciclo catalítico da reação de Suzuki-Miyaura funciona de duas maneiras, dependendo da etapa de remetalação, que precisa de ativação adicional (facilitação) seja pela formação de um ânion de boro de quatro coordenadas (a rota mais comum) ou por troca adicional do ligante para paládio. Em ambos os casos, a reação requer uma base rígida com carga negativa no oxigênio. Pela mesma razão, a reação é muitas vezes realizada na presença de água para fornecer o íon hidróxido.

O Big Four é unido por um método extremamente importante de acoplamento cruzado com acetilenos terminais - a reação Sonogashira ou Sonogashira-Hagihara, na qual, pelo menos formalmente, não é usado um composto organometálico como nucleófilo, mas diretamente um nucleófilo - um acetileno íon obtido diretamente na mistura de reação do acetileno terminal. Na verdade, isso não é inteiramente verdade, e esse método também é baseado na reação de remetalação.

Nova combinação cruzada. 1995-…

Todas essas reações clássicas foram descobertas já nas décadas de 1960 e 1970, e até o início da década de 1980 se desenvolveram em poderosos métodos de síntese orgânica que tornaram possível sintetizar milhares de compostos orgânicos anteriormente inacessíveis. Mas no início da década de 1980, o desenvolvimento desse campo praticamente parou, pois não havia um entendimento sério de como controlar a reatividade de complexos metálicos e superar vários obstáculos, por exemplo, baixa reatividade na eliminação redutiva, o que não permite uma para “pegar” o produto da esfera de coordenação do metal, etc. Somente após uma década e meia de trabalho intensivo no estudo de mecanismos, criação de novos ligantes e complexos, foi possível avançar, e um crescimento incrivelmente rápido dessa ciência começou em meados da década de 1990. Os métodos descobertos e desenvolvidos após esse marco podem ser chamados de Novo Acoplamento Cruzado. Um lugar especial nesta nova química não é mais ocupado por acoplamentos cruzados C-C, mas por métodos de formação de ligações carbono-outro átomo. Em primeiro lugar, as ligações C-N, cujas reações de formação são muitas vezes, mas não com muito sucesso, chamadas aminação.

Possibilidade de formar uma ligação C-N

na reação de acoplamento cruzado é conhecida desde o início da década de 1980, quando, por exemplo, foi descoberta a reação de bromobenzenos com um derivado de estanho de aminas (a reação de Kosugi-Migita), que é completamente análoga à reação de Stille no cruzamento C-C -acoplamento. Mas essa reação não encontrou nenhuma aplicação, não apenas por causa das escassas possibilidades, mas também por causa da relutância dos sintéticos em entrar em contato com compostos tóxicos de estanho.

A principal tarefa é como usar as próprias aminas na reação

isto é, mudar da transmetalização para a substituição direta do ligante para carregar o nucleófilo na esfera de coordenação. Este problema foi resolvido, mas o complexo resultante mostrou-se estável à eliminação redutiva. Foi possível lançar o último estágio apenas quando uma base adequada foi nazden, desprotonando a amina coordenada. No entanto, o primeiro ligante útil usado neste processo, tris(o-tolil)fosfina, não forneceu uma oportunidade para expandir a gama de aminas devido a reações secundárias e baixos rendimentos.

BINAP é o ligante mais eficaz

para o acoplamento cruzado C-N de derivados de bromo e triflatos com aminas secundárias e primárias, ele não apenas protege efetivamente contra o processo lateral mais irritante - a desalogenação redutiva do derivado de bromo, mas também ajuda a empurrar o produto de reação para fora da esfera de coordenação devido para um volume estérico significativo.

Técnica básica de acoplamento cruzado C-N

usa BINAP como ligante e t-butóxido de sódio como base. Esta técnica permitiu preparar milhares de dialquilaril-, alquildiaril, diaril e triarilaminas, antes difíceis de obter, com uma extraordinária variedade de substituintes. A descoberta desta reação - a reação de Hartwig-Buchwald (Batchwold) - tornou-se uma verdadeira revolução na síntese de compostos contendo nitrogênio.

Desenvolvimento de novos ligantes

por exemplo, novas fosfinas altamente doadoras, que controlam efetivamente a esfera de coordenação do metal devido a fatores estéricos e centros de coordenação secundária, resolveram a maioria desses problemas e desenvolveram novos protocolos seletivos usando derivados de cloro e tosilatos em reações com maior eficiência catalítica (mais TON) ? expandir significativamente o alcance sintético do método.

Uso de amidas no acoplamento cruzado C-N

há muito considerado impossível, não só pela baixa nucleofilicidade, mas também pela ligação do quelato ao metal, que suprime a eliminação redutiva. Somente com a introdução de ligantes especiais, principalmente o XantPhos trans-quelante, foi possível resolver esses problemas e tornar as amidas primárias um substrato legítimo para o acoplamento cruzado C-N.

Além do acoplamento cruzado C-N, que se tornou a ferramenta número 1 para a síntese de vários compostos de nitrogênio - aminas, amidas, hidrazinas, compostos heterocíclicos, até compostos nitro, etc., as reações de acoplamento cruzado começaram a ser usadas para criar ligações de carbono com quase todos os não metais e metalóides, e até mesmo com alguns metais. Vamos escolher entre essa variedade quase infinita (bastante monótona, no entanto, já que todas as reações de acoplamento cruzado seguem o mesmo padrão, que, espero, já aprendemos a entender muito bem) reações de ligação carbono-boro, principalmente porque com sua ajuda expandimos radicalmente as capacidades da reação de Suzuki-Miyaura, o principal método de acoplamento cruzado C-C.

é uma reação típica de acoplamento cruzado usando um ciclo catalítico padrão, incluindo adição oxidativa, transmetalação e eliminação redutiva. Como nucleófilo, geralmente é usado um derivado de diborano, bis(pinacolato)dibor, do qual apenas metade é usada.

embora indireto, mas a combinação direta de eletrófilo-eletrófilo requer a participação de um reagente adicional, um agente redutor, ou seja, não pode ser um processo catalítico e, além disso, sofre de um defeito congênito - a formação de misturas de e homoacoplamento. Se primeiro convertermos um dos eletrófilos em um nucleófilo usando a borilação de Miyaura, podemos então usar o elaborado acoplamento cruzado de Suzuki-Miyaura.

em combinação com o acoplamento cruzado Suzuki-Miyaura também atinge o mesmo objetivo de acoplar duas porções aril de dois derivados de halogênio ou triflatos, mas requer uma sequência de reações separadas que não podem ser combinadas no modo “um frasco”.

Até agora, não fomos além do grupo 10 ao discutir as reações de acoplamento cruzado. Isso é consistente com o papel dominante do paládio e o papel importante, mas secundário, do níquel nas reações de ligação carbono-carbono. Até agora, nenhum outro elemento foi capaz de deslocar este par da combinação cruzada C-C. Mas assim que passamos para as ligações do carbono com outros elementos, a hegemonia do paládio e do níquel acaba. ao lado deles, outro gigante da catálise aparece - o cobre, um elemento do grupo 11, cujo estado de valência fundamental Cu(1+) tem a mesma configuração d 10 do Ni(0). Não é de surpreender que esse elemento tenha participado de uma química muito semelhante, embora com especificidade própria e excepcionalmente peculiar. Surpreendentemente, a prata não foi vista em nada assim, e Ag(1+) é apenas uma imagem de Pd(0), se levarmos em conta a configuração eletrônica.

Combinação cruzada de cobre - a combinação cruzada mais antiga

A capacidade do cobre de induzir reações que agora chamamos de acoplamento cruzado é conhecida há mais de cem anos. A reação Ullmann-Goldberg (não Goldberg, como às vezes é escrito, Fritz Ullmann é o marido de Irma Goldberg) foi usada ao longo do século 20 para a síntese de diaril e triarilaminas, arilamidas e outros compostos. A reação requer condições muito severas e usa cobre ativo finamente dividido como reagente ou catalisador.

Reações de Gilman Cuprates com derivados de halogênio

Também uma combinação cruzada típica, apenas estequiométrica. Essa reação é conhecida e amplamente utilizada desde a década de 1950. O reagente eletrofílico nesta reação entra na esfera de coordenação do cobre devido à substituição nucleofílica SN2. O mecanismo hipotético desta reação inclui uma mudança típica de acoplamento cruzado no estado de oxidação por 2 com regeneração do estado de valência original após eliminação redutiva.