stringtranslate.com

Металл-галогеновый обмен

В металлоорганической химии обмен металл–галоген является фундаментальной реакцией, которая превращает органический галогенид в металлоорганический продукт. Реакция обычно включает использование электроположительных металлов (Li, Na, Mg) и органохлоридов, бромидов и иодидов. Особенно хорошо разработано использование обмена металл–галоген для получения литийорганических соединений .

Литий-галогеновый обмен

Можно рассмотреть два вида обмена лития и галогена: реакции с участием литийорганических соединений и реакции с участием металлического лития. Коммерческие литийорганические соединения производятся гетерогенной (суспензионной) реакцией лития с органическими бромидами и хлоридами:

2 Li + R−X → LiX + R−Li

Часто галогенид лития остается в растворимом продукте.

Большая часть статьи посвящена гомогенной (однофазной) реакции предварительно сформированных литийорганических соединений:

R−Li + R′−X → R−X + R′−Li

Обычно используется бутиллитий . Гилман и Виттиг независимо друг от друга открыли этот метод в конце 1930-х годов. [1] Это не реакция метатезиса соли , поскольку соль не образуется.

Обмен литий-галоген часто используется для приготовления винил-, арил- и первичных алкиллитиевых реагентов. Винилгалогениды обычно подвергаются обмену литий-галоген с сохранением стереохимии двойной связи. [2] Присутствие алкоксильной или родственных хелатирующих групп ускоряет обмен литий-галоген. [3] Обмен литий-галоген обычно является быстрой реакцией. Обычно он быстрее нуклеофильного присоединения и иногда может превышать скорость переноса протона. [4]

Скорость обмена обычно следует тенденции I > Br > Cl. Алкил- и арилфториды, как правило, не реагируют с литийорганическими реагентами. Обмен литий-галоген контролируется кинетическим путем, и скорость обмена в первую очередь зависит от стабильности промежуточных карбанионов (sp > sp 2 > sp 3 ) литийорганических реагентов. [5] [3]

Механизм и сфера применения

Для обмена литий-галоген было предложено два механизма. [6] Один из предложенных путей включает нуклеофильный механизм, который генерирует обратимый промежуточный продукт «ate-complex». Фарнхэм и Калабрезе кристаллизовали «ate-complex» литий бис(пентафторфенил)иодинат в комплексе с TMEDA . [7] «Ate-complex» далее реагирует с электрофилами и дает пентафторфенилиодид и C 6 H 5 Li. [7] Ряд кинетических исследований также поддерживают нуклеофильный путь, в котором карбанион на литиевых частицах атакует атом галогена на арилгалогениде. [8] Другой предложенный механизм включает перенос одного электрона с образованием радикалов. В реакциях вторичного и третичного алкиллития и алкилгалогенидов радикальные частицы были обнаружены с помощью ЭПР-спектроскопии . [9] [6] Механистические исследования обмена литий-галоген осложняются образованием агрегатов литийорганических частиц.

Другие металлы

Обмен магния и галогена

Реактивы Гриньяра можно приготовить, обработав готовый реактив Гриньяра органическим галогенидом. Этот метод имеет то преимущество, что перенос Mg допускает множество функциональных групп. Типичная реакция включает изопропилмагнийхлорид и арилбромид или иодиды: [10]

i -PrMgCl + ArCl → i -PrCl + ArMgCl

Комплексы магния ат арилгалогениды металлата: [11]

ArBr + Li[MgBu 3 ] → ArMgBu 2 + BuBr
Цинк-галогеновый обмен

Цинк-галогеновый обмен: [12]

LiBu 3 Zn + R−I → Li[R−ZnBu 2 ] + BuI

Приложения

Несколько примеров можно найти в органическом синтезе. [13]

Ниже литий-галогеновый обмен является шагом в синтезе морфина. Здесь н -бутиллитий используется для осуществления литий-галогенового обмена с бромидом. Нуклеофильный карбанионный центр быстро подвергается карболитированию в двойную связь, образуя анион, стабилизированный соседней сульфоновой группой. Внутримолекулярная реакция S N 2 аниона образует циклический остов морфина. [14]

Синтез морфина с использованием литий-галогенового обмена
Синтез морфина с использованием литий-галогенового обмена

Обмен лития и галогена является важнейшей частью циклизации Пархэма. [15] В этой реакции арилгалогенид (обычно иодид или бромид) обменивается с литийорганическим соединением с образованием литированных аренов. Если арен несет боковую цепь с электрофильной группой, карбанион, присоединенный к литию, будет осуществлять внутримолекулярную нуклеофильную атаку и циклизоваться. Эта реакция является полезной стратегией для образования гетероцикла. [16] В приведенном ниже примере циклизация Пархэма была использована для циклизации изоцианата с образованием изоиндолинона, который затем был преобразован в нитрон. Нитронные соединения далее реагируют с радикалами и могут использоваться в качестве «спиновых ловушек» для изучения биологических радикальных процессов. [17]

Циклизация Пархэма в MitoSpin
Циклизация Пархэма в MitoSpin

Ссылки

  1. ^ Гилман, Генри; Лэнгхэм, Райт; Якоби, Артур Л. (1939). «Метализация как побочная реакция при получении литийорганических соединений». Журнал Американского химического общества . 61 (1): 106–109. doi :10.1021/ja01870a036. ISSN  0002-7863.
  2. ^ Зеебах, Д.; Нойманн Х. (1976). «Стереоспецифическое получение терминальных производных виниллития путем обмена Br/Li с t -бутиллитием». Tetrahedron Lett . 17 (52): 4839–4842. doi :10.1016/s0040-4039(00)78926-x.
  3. ^ ab Leroux F., Schlosser M., Zohar E., Marek I. (2004). Приготовление литийорганических реагентов и промежуточных продуктов . Нью-Йорк: Wiley. ISBN 978-0-470-84339-0.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  4. ^ Бейли, У. Ф. и др. (1986). «Металл-галогеновый обмен между t -бутиллитием и 1-иод-5-гексенами не дает никаких доказательств одноэлектронного переноса». Tetrahedron Lett . 27 (17): 1861–1864. doi :10.1016/s0040-4039(00)84395-6.
  5. ^ Кэри, Фрэнсис А. (2007). "Металлоорганические соединения металлов I и II групп". Advanced Organic Chemistry: Reaction and Synthesis Pt. B (Kindle ed.). Springer. ISBN 978-0-387-44899-2.
  6. ^ ab Бейли, У. Ф.; Патрисия, Дж. Ф. (1988). «Механизм реакции обмена литием и галогеном: обзор литературы». J. Organomet. Chem . 352 (1–2): 1–46. doi :10.1016/0022-328X(88)83017-1.
  7. ^ ab Farnham, WB; Calabrese, JC (1986). «Новые гипервалентные (10-I-2) структуры йода». J. Am. Chem. Soc . 108 (9): 2449–2451. doi :10.1021/ja00269a055. PMID  22175602.
  8. ^ Rogers, HR; Houk, J. (1982). «Предварительные исследования механизма обмена металл-галоген. Кинетика реакции н -бутиллития с замещенными бромбензолами в растворе гексана». J. Am. Chem. Soc . 104 (2): 522–525. doi :10.1021/ja00366a024.
  9. ^ Фишер, Х. (1969). «Электронный спиновый резонанс переходных алкильных радикалов во время реакций алкиллитий-алкилгалогенид». J. Phys. Chem . 73 (11): 3834–3838. doi :10.1021/j100845a044.
  10. ^ Кнохель, П.; Доул, В.; Гоммерманн, Н.; Кнайзель, ФФ; Копп, Ф.; Корн, Т.; Сапунцис, И.; Ву, В.А. (2003). «Высокофункциональные магнийорганические реагенты, полученные методом галоген-металлообмена». Angewandte Chemie, международное издание . 42 (36): 4302–4320. дои : 10.1002/anie.200300579. ПМИД  14502700.
  11. ^ Arredondo, Juan D.; Li, Hongmei; Balsells, Jaume (2012). «Получение t-бутил-3-бром-5-формилбензоата посредством селективных реакций обмена металл-галоген». Organic Syntheses . 89 : 460. doi : 10.15227/orgsyn.089.0460 .
  12. ^ Балкенхоль, Мориц; Кнохель, Пауль (2020). «Последние достижения реакции обмена галогена и цинка». Химия – Европейский журнал . 26 (17): 3688–3697. doi :10.1002/chem.201904794. PMC 7155102. PMID  31742792 . 
  13. ^ Адам П. Смит; Скотт А. Сэвидж; Дж. Кристофер Лав; Кассандра Л. Фрейзер (2002). «Синтез 4-, 5- и 6-метил-2,2'-бипиридина с помощью стратегии кросс-сочетания Негиши: 5-метил-2,2'-бипиридин». Org. Synth . 78 : 51. doi :10.15227/orgsyn.078.0051.
  14. ^ Toth, JE; Hamann, PR; Fuchs, PL (1988). «Исследования, завершившиеся полным синтезом (dl)-морфина». J. Org. Chem . 53 (20): 4694–4708. doi :10.1021/jo00255a008.
  15. ^ Пархэм, ВП; Брэдшер, КК (1982). «Ароматические литийорганические реагенты, несущие электрофильные группы. Приготовление путем обмена галогена на литий». Acc. Chem. Res . 15 (10): 300–305. doi :10.1021/ar00082a001.
  16. ^ Сотомайор, Н.; Лете, Э. (2003). «Арильные и гетероариллитиевые соединения путем обмена металл–галоген. Синтез карбоциклических и гетероциклических систем». Curr. Org. Chem . 7 (3): 275–300. doi :10.2174/1385272033372987.
  17. ^ Куин, К.; и др. (2009). «Синтез спиновой ловушки, нацеленной на митохондрии, с использованием новой циклизации типа Пархэма». Тетраэдр . 65 (39): 8154–8160. doi :10.1016/j.tet.2009.07.081. PMC 2767131. PMID  19888470 .