stringtranslate.com

Реакция Ульмана

Реакция Ульмана , или сочетание Ульмана , названная в честь Фрица Ульмана , соединяет две арильные или алкильные группы с помощью меди. Впервые о реакции сообщили Ульманн и его ученик Белецкий в 1901 году. Позже было показано, что палладий и никель также можно эффективно использовать. [1] [2]

Обзор Ульмана
Обзор Ульмана

Образование арил-ариловой связи является фундаментальным инструментом в современном органическом синтезе, который применяется в синтезе натуральных продуктов, фармацевтике , агрохимии , а также в разработке коммерческих красителей и полиароматических соединений . Реакция Ульмана, имеющая более чем столетнюю историю, была одной из первых, в которой использовался переходный металл, в первую очередь медь, в более высоких степенях окисления. Несмотря на значительные последствия биарильного сочетания в промышленности, реакция Ульмана на раннем этапе своего развития столкнулась с рядом проблем. Однако в наше время интерес к реакции Ульмана возродился из-за ряда преимуществ меди перед другими каталитическими металлами.

Механизм

Механизм реакции Ульмана широко изучен. Электронный спиновый резонанс исключает радикальное промежуточное соединение. Это было подтверждено в серии экспериментов, проведенных в 2008 году Хартвигом и его коллегами. [3] Последовательность окислительного присоединения / восстановительного отщепления, наблюдаемая при использовании палладиевых катализаторов, маловероятна для меди, поскольку медь(III) наблюдается редко. Реакция, вероятно, включает образование медьорганического соединения (RCuX), которое реагирует с другим арильным реагентом при нуклеофильном ароматическом замещении . Были предложены альтернативные механизмы, такие как метатезис σ-связи . [4] [5] [6] Упрощенный механизм, показанный ниже, является общепринятым. [7]

Объем

Фриц Ульманн и его ученик Белецкий первыми сообщили о реакции. [8] Этот новаторский результат был первым, который показал, что переходный металл может способствовать образованию арильной связи углерод-углерод.

Типичным примером классической биарильной реакции Ульмана является превращение орто - хлорнитробензола в 2,2'-динитродифенил сплавом меди и бронзы . [9] [10]

2 C 6 H 4 (NO 2 )Cl + 2 Cu → (C 6 H 4 (NO 2 )) 2 + 2 CuCl

Реакция была применена к довольно сложным субстратам.

Реакция Ульмана
Реакция Ульмана

Традиционная версия реакции Ульмана требует стехимоэтических эквивалентов меди, жестких условий реакции, а реакция имеет репутацию нестабильного выхода. Таким образом, традиционная реакция Ульмана имела плохую экономию атомов и давала токсичный CuI . Из-за этих проблем было введено множество улучшений и альтернативных процедур. [11] [12] [13]

Классическая реакция Ульмана ограничена арилгалогенидами с дефицитом электронов (отсюда и приведенный выше пример 2-нитрофенилхлорида) и требует жестких условий реакции. Современные варианты реакции Ульмана с использованием палладия и никеля расширили спектр субстратов реакции и сделали условия реакции более мягкими. Однако урожайность, как правило, все еще умеренная. [14] В органическом синтезе эту реакцию часто заменяют реакциями сочетания палладия, такими как реакция Хека , сочетание Хиямы и сочетание Соногашира .

Бифенилены были получены ранее с разумными выходами, используя ион 2,2-дииодбифенила или 2,2-дииодбифенилония в качестве исходного материала.

Синтез бифенилена Ульмана

Замыкание пятичленных колец проще, но с использованием этого подхода были созданы и более крупные кольца.

Современные разработки также включают использование гетерогенных медных катализаторов и наночастиц . Это очень желательно, поскольку катализатор можно легко отделить от продуктов, что снижает отходы и стоимость. [15] В случае наночастиц меди каталитическая активность зависела от их размера и образования агрегатов.

Бидентатные лиганды для соединения Ульмана

Примерно в 2000 году было обнаружено, что различные бидентатные лиганды повышают эффективность реакции Ульмана. Бидентатные лиганды обеспечивают более мягкие условия реакции и более высокую толерантность к функциональным группам. Они включали аминокислоты, оксины , основания Шиффа и многие другие бидентаты OO или NN. [16] [17] [18]  Эти первоначальные бидентатные системы повысили практичность реакций Ульмана, но все же имели недостатки. Требовалась высокая концентрация меди и лиганда, а активация заведомо сложного арилхлорида все еще была невозможна. Эти проблемы были решены в 2015 году с разработкой специальных щавелевых диаминовых лигандов, что сделало реакцию Ульмана жизнеспособной для промышленного применения. [19]

Несимметричные и асимметричные муфты

Синтез биарильных соединений Ульмана можно использовать для получения хиральных продуктов из хиральных реагентов. [20] Нельсон и его коллеги работали над синтезом асимметричных биарильных соединений и получили термодинамически контролируемый продукт. [20]

Диастереомерное соотношение продуктов усиливается за счет более объемных групп R во вспомогательной оксазолиновой группе.

Несимметричные реакции Ульмана реализуются редко, но они достигаются, когда один из двух сочетающих компонентов находится в избытке. [12]

Реакция имидазола Ульмана

Реакция Ульмана ограничена арилгалогенидами с дефицитом электронов и требует жестких условий реакции. В органическом синтезе эту реакцию часто заменяют реакциями сочетания палладия, такими как реакция Хека , реакция Хиямы и реакция Соногаширы.

В варианте реакции Ульмана β- бромстирол взаимодействует с имидазолом в ионной жидкости , такой как тетрафторборат 1-бутил-3-метилимидазолия, с образованием N -стирилимидазола. [21] Для реакции требуется L- пролин в дополнение к йодиду меди в качестве катализатора.

Реакция имидазола-Ульмана.

Промышленное применение

Водные реакции Ульмана использовались в масштабах пилотной установки. [22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Инь; Либшер, Юрген (1 января 2007 г.). «Реакции углерод-углеродного взаимодействия, катализируемые гетерогенными палладиевыми катализаторами». Химические обзоры . 107 (1): 133–173. дои : 10.1021/cr0505674. ISSN  0009-2665.
  2. ^ Нельсон, Тодд Д.; Крауч, Р. Дэвид (23 ноября 2004 г.). «Реакции гомосочетания, опосредованные Cu-, Ni- и Pd, в синтезе биарилов: реакция Ульмана». ХимИнформ . 35 (51). дои : 10.1002/chin.200451250. ISSN  0931-7597.
  3. ^ Тай, Джесси В.; Вэн, Чжицян; Джонс, Адам М.; Инкарвито, Кристофер Д.; Хартвиг, Джон Ф. (1 июля 2008 г.). «Медные комплексы анионных азотных лигандов при амидировании и имидировании арилгалогенидов». Журнал Американского химического общества . 130 (30): 9971–9983. дои : 10.1021/ja076668w. ISSN  0002-7863. ПМЦ 2819338 . 
  4. ^ Дерек ван Аллен, докторская диссертация, Массачусетский университет в Амхерсте, 2004 г. Электронная диссертация
  5. ^ Бэкон, RGR; Хилл, ХАО (1964). «210. Ионы и комплексы металлов в органических реакциях. Часть I. Реакции замещения между арилгалогенидами и солями меди в органических растворителях». Журнал Химического общества (обновленный) : 1097. doi : 10.1039/jr9640001097. ISSN  0368-1769.
  6. ^ Вайнгартен, Гарольд (декабрь 1964 г.). «Механизм конденсации Ульмана 1». Журнал органической химии . 29 (12): 3624–3626. дои : 10.1021/jo01035a046. ISSN  0022-3263.
  7. ^ Самбьяджо, Карло; Марсден, Стивен П.; Блэкер, А. Джон; Макгоуэн, Патрик К. (22 апреля 2014 г.). «Химия типа Ульмана, катализируемая медью: от механистических аспектов к современному развитию». Обзоры химического общества . 43 (10): 3525–3550. дои : 10.1039/C3CS60289C. ISSN  1460-4744.
  8. ^ Ульманн, Ф.; Белецкий, Жан (май 1901 г.). «Ueber Synthesen in der Biphenyreihe». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 34 (2): 2174–2185. дои : 10.1002/cber.190103402141. ISSN  0365-9496.
  9. ^ Рейнольд К. Фьюсон; Э.А. Кливленд (1940). «2,2'-Динитробифенил». Орг. Синтез . 20:45 . дои :10.15227/orgsyn.020.0045.
  10. ^ Фанта, ЧП (1974). «Синтез биарилов Ульмана». Синтез . 1974 : 9–21. дои : 10.1055/с-1974-23219. PMID  21016995. S2CID  30018391.
  11. ^ Белеткая, ИП; Чепраков, А.В. (2004). «Медь в реакциях перекрестного сочетания: Химия Поста Ульмана». Коорд. хим. Преподобный . 248 : 2337–2364. дои : 10.1016/j.ccr.2004.09.014.
  12. ^ аб Дж. Хасан; М. Севиньон; К. Гоцци; Э. Шульц; М. Лемэр (2002). «Образование арил-ариловой связи через столетие после открытия реакции Ульмана». Химические обзоры . 102 (5): 1359–1470. дои : 10.1021/cr000664r. ПМИД  11996540.
  13. ^ Самбьяджо, Карло; Марсден, Стивен П.; Блэкер, А. Джон; Макгоуэн, Патрик К. (22 апреля 2014 г.). «Химия типа Ульмана, катализируемая медью: от механистических аспектов к современному развитию». Обзоры химического общества . 43 (10): 3525–3550. дои : 10.1039/C3CS60289C. ISSN  1460-4744. ПМИД  24585151.
  14. ^ Нельсон, Т.Д.; Крауч, Р.Д. (2004). «Реакции гомосочетания, опосредованные Cu, Ni и Pd, в синтезе биарила: реакция Ульмана». Орг. Реагируйте . 63 : 265. doi : 10.1002/0471264180.or063.03. ISBN 0-471-26418-0.
  15. ^ Самбьяджо, Карло; Марсден, Стивен П.; Блэкер, А. Джон; Макгоуэн, Патрик К. (22 апреля 2014 г.). «Химия типа Ульмана, катализируемая медью: от механистических аспектов к современному развитию». Обзоры химического общества . 43 (10): 3525–3550. дои : 10.1039/C3CS60289C. ISSN  1460-4744.
  16. ^ Ма, Давэй; Чжан, Юнда; Яо, Цзянчао; Ву, Шихуэй; Тао, Фэнган (27 апреля 1999 г.). "ХимИнформ Реферат: Ускоряющий эффект, индуцируемый структурой α-аминокислоты, в катализируемой медью реакции сочетания арилгалогенидов с α-аминокислотами. Синтез бензолактама-V8". ХимИнформ . 30 (17). дои : 10.1002/chin.199917212. ISSN  0931-7597.
  17. ^ Кристо, Анри-Жан; Селье, Паскаль П.; Шпиндлер, Жан-Франсис; Тайлефер, Марк (29 октября 2004 г.). «Высокоэффективное и мягкое катализируемое медью N- и C-арилирование с арилбромидами и йодидами». Химия – Европейский журнал . 10 (22): 5607–5622. doi : 10.1002/chem.200400582. ISSN  0947-6539.
  18. ^ Фэган, Пол Дж.; Гауптман, Элизабет; Шапиро, Рафаэль; Казальнуово, Альберт (01 мая 2000 г.). «Использование интеллектуального/случайного скрининга библиотек для разработки целенаправленных библиотек для оптимизации гомогенных катализаторов: образование эфира Ульмана». Журнал Американского химического общества . 122 (21): 5043–5051. дои : 10.1021/ja000094c. ISSN  0002-7863.
  19. ^ «Сборка первичных (гетеро)ариламинов посредством катализируемого CuI/щавелевым диамидом сочетания арилхлоридов и аммиака». dx.doi.org . Проверено 8 декабря 2023 г.
  20. ^ Аб Нельсон, ТД; Мейерс, А.И. (1994). «Асимметричная реакция Ульмана, 2. Синтез энантиомерно чистых C 2 -симметричных бинафтилов». Дж. Орг. Хим . 59 (9): 2655–2658. дои : 10.1021/jo00088a066.
  21. ^ Чжимин Ван, Вэйлян Бао и Юн Цзян, « L -пролин способствует реакции винилбромидов с имидазолами в ионных жидкостях типа Ульмана», Chemical Communications , 2005 , 2849-51. дои : 10.1039/b501628b
  22. ^ Бухвальд, Стивен Л.; Могер, Кристель; Миньяни, Жерар; Шольц, Ульрих (2006). «Промышленное катализируемое палладием сочетание арилгалогенидов и аминов - личный отчет». Расширенный синтез и катализ . 348 (1–2): 23–39. дои : 10.1002/adsc.200505158. S2CID  55030715.