stringtranslate.com

реакция Ульмана

Реакция Ульмана или соединение Ульмана , названное в честь Фрица Ульмана , связывает две арильные или алкильные группы с помощью меди. Впервые реакция была описана Ульманом и его учеником Белецким в 1901 году. Позднее было показано, что палладий и никель также могут быть эффективно использованы. [1] [2]

Обзор Ульмана
Обзор Ульмана

Образование связи арила-арила является фундаментальным инструментом в современном органическом синтезе, его применение охватывает синтез натуральных продуктов, фармацевтические препараты , агрохимикаты и разработку коммерческих красителей и полиароматических соединений . Имея более чем столетнюю историю, реакция Ульмана была одной из первых, в которой использовался переходный металл, в первую очередь медь, в его более высоких степенях окисления. Несмотря на значительные последствия биарильного сочетания в промышленности, реакция Ульмана была осложнена рядом проблем на раннем этапе своего развития. Однако в наше время реакция Ульмана возродила интерес из-за нескольких преимуществ меди по сравнению с другими каталитическими металлами.

Механизм

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

Объем

Фриц Ульман и его ученик Белецкий были первыми, кто сообщил об этой реакции. [8] Этот новаторский результат был первым, который показал, что переходный металл может помочь осуществить образование арильной углерод-углеродной связи.

Типичным примером классической биарильной связи Ульмана является превращение орто - хлорнитробензола в 2,2'- динитробифенил с использованием сплава меди и бронзы . [9] [10]

2C6H4 (NO2 ) Cl + 2Cu → ( C6H4 ( NO2 ) ) 2 + 2CuCl

Реакция применялась к довольно сложным субстратам.

реакция Ульмана
реакция Ульмана

Традиционная версия реакции Ульмана требует стехиометрических эквивалентов меди, жестких условий реакции, и реакция имеет репутацию из-за неустойчивых выходов. Таким образом, традиционная реакция Ульмана имела плохую атомную экономию и производила токсичный CuI . Из-за этих проблем было введено много усовершенствований и альтернативных процедур. [11] [12] [13]

Классическая реакция Ульмана ограничена электронодефицитными арилгалогенидами (отсюда пример 2-нитрофенилхлорида выше) и требует жестких условий реакции. Современные варианты реакции Ульмана, использующие палладий и никель, расширили область субстрата реакции и сделали условия реакции более мягкими. Однако выходы, как правило, все еще умеренные. [14] В органическом синтезе эта реакция часто заменяется реакциями сочетания палладия, такими как реакция Хека , сочетание Хиямы и сочетание Соногаширы .

Бифенилены ранее были получены с приемлемыми выходами с использованием в качестве исходного материала иона 2,2-дииодбифенила или 2,2-дииодбифенилония.

синтез фенилена по Ульману

Замыкание 5-членных колец более просто, но с использованием этого подхода были получены и более крупные кольца.

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

Бидентатные лиганды для реакции Ульмана

Около 2000 года было обнаружено, что различные бидентатные лиганды повышают эффективность реакции Ульмана. Бидентатные лиганды допускают 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 у них все еще были недостатки. Требовались высокие загрузки меди и лиганда, а активация печально известного сложного арилхлорида все еще была невозможна. Эти проблемы были решены в 2015 году с разработкой специальных лигандов оксалатного диамина, что сделало реакцию Ульмана жизнеспособной для промышленного применения. [19]

Несимметричные и асимметричные муфты

Синтез биарильных соединений по Ульману может быть использован 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 увеличивается за счет более объемных групп R во вспомогательной оксазолиновой группе.

Несимметричные реакции Ульмана редко используются, но их можно реализовать, когда один из двух связующих компонентов находится в избытке. [12]

Реакция Ульмана с имидазолом

Реакция Ульмана ограничена электронодефицитными арилгалогенидами и требует жестких условий реакции. В органическом синтезе эта реакция часто заменяется реакциями сочетания палладия, такими как реакция Хека , сочетание Хиямы и сочетание Соногаширы.

В варианте реакции Ульмана β- бромстирол реагирует 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 иодиду меди в качестве катализатора.

Реакция Ульмана с имидазолом.

Промышленное применение

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

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Yin; Liebscher, Jürgen (2007-01-01). "Реакции сопряжения углерода с углеродом, катализируемые гетерогенными палладиевыми катализаторами". Chemical Reviews . 107 (1): 133–173. doi :10.1021/cr0505674. ISSN  0009-2665. PMID  17212474.
  2. ^ Нельсон, Тодд Д.; Крауч, Р. Дэвид (2004-11-23). ​​"Cu-, Ni- и Pd-опосредованные гомосочетания реакции в биарильных синтезах: реакция Ульмана". ChemInform . 35 (51). doi :10.1002/chin.200451250. ISSN  0931-7597.
  3. ^ Тай, Джесси В.; Вэн, Чжицян; Джонс, Адам М.; Инкарвито, Кристофер Д.; Хартвиг, Джон Ф. (2008-07-01). «Медные комплексы анионных азотных лигандов в амидировании и имидировании арилгалогенидов». Журнал Американского химического общества . 130 (30): 9971–9983. doi :10.1021/ja076668w. ISSN  0002-7863. PMC 2819338. PMID 18597458  . 
  4. ^ Дерек ван Аллен, докторская диссертация, Массачусетский университет в Амхерсте 2004. Электронная диссертация
  5. ^ Bacon, RGR; Hill, HAO (1964). "210. Ионы металлов и комплексы в органических реакциях. Часть I. Реакции замещения между арилгалогенидами и солями меди в органических растворителях". Журнал химического общества (резюме) : 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. doi :10.1021/jo01035a046. ISSN  0022-3263.
  7. ^ Самбиаджио, Карло; Марсден, Стивен П.; Блэкер, А. Джон; МакГоуэн, Патрик К. (2014-04-22). «Химия типа Ульмана, катализируемая медью: от механистических аспектов до современного развития». Chemical Society Reviews . 43 (10): 3525–3550. doi :10.1039/C3CS60289C. ISSN  1460-4744. PMID  24585151.
  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. ^ Fanta, PE (1974). "Синтез биарилов по Ульману". Синтез . 1974 : 9–21. doi :10.1055/s-1974-23219. PMID  21016995. S2CID  30018391.
  11. ^ Белеткая, ИП; Чепраков, АВ (2004). «Медь в реакциях кросс-сочетания: химия после Ульмана». Coord. Chem. Rev. 248 : 2337–2364. doi :10.1016/j.ccr.2004.09.014.
  12. ^ ab J. Hassan; M. Sevignon; C. Gozzi; E. Schulz; M. Lemaire (2002). «Образование арил–ариловой связи спустя столетие после открытия реакции Ульмана». Chemical Reviews . 102 (5): 1359–1470. doi :10.1021/cr000664r. PMID  11996540.
  13. ^ Самбиаджио, Карло; Марсден, Стивен П.; Блэкер, А. Джон; МакГоуэн, Патрик К. (2014-04-22). «Химия типа Ульмана, катализируемая медью: от механистических аспектов до современного развития». Chemical Society Reviews . 43 (10): 3525–3550. doi :10.1039/C3CS60289C. ISSN  1460-4744. PMID  24585151.
  14. ^ Нельсон, ТД; Крауч, РД (2004). "Cu, Ni, и Pd опосредованные гомосочетания реакции в биариловом синтезе: реакция Ульмана". Org. React . 63 : 265. doi : 10.1002/0471264180.or063.03. ISBN 0-471-26418-0.
  15. ^ Самбиаджио, Карло; Марсден, Стивен П.; Блэкер, А. Джон; МакГоуэн, Патрик К. (2014-04-22). «Химия типа Ульмана, катализируемая медью: от механистических аспектов до современного развития». Chemical Society Reviews . 43 (10): 3525–3550. doi :10.1039/C3CS60289C. ISSN  1460-4744. PMID  24585151.
  16. ^ Ma, Dawei; Zhang, Yongda; Yao, Jiangchao; Wu, Shihui; Tao, Fenggang (1999-04-27). "ChemInform Abstract: Accelerating Effect Induced by the Structure of α-Amino Acid in the Copper-Catalyzed Coupling Reaction of Aryl Galides with α-Amino Acids. Synthesis of Bensolactam-V8". ChemInform . 30 (17). doi :10.1002/chin.199917212. ISSN  0931-7597.
  17. ^ Cristau, Henri-Jean; Cellier, Pascal P.; Spindler, Jean-Francis; Taillefer, Marc (2004-10-29). "Высокоэффективные и мягкие катализируемые медью N- и C-арилирования с арилбромидами и иодидами". Chemistry – A European Journal . 10 (22): 5607–5622. doi :10.1002/chem.200400582. ISSN  0947-6539. PMID  15457520.
  18. ^ Фаган, Пол Дж.; Хауптман, Элизабет; Шапиро, Рафаэль; Касальнуово, Альберт (2000-05-01). «Использование интеллектуального/случайного скрининга библиотек для разработки специализированных библиотек для оптимизации гомогенных катализаторов: образование эфира Ульмана». Журнал Американского химического общества . 122 (21): 5043–5051. doi :10.1021/ja000094c. ISSN  0002-7863.
  19. ^ "Сборка первичных (гетеро)ариламинов посредством катализируемого CuI/оксалатным диамидом сочетания арилхлоридов и аммиака". doi :10.1021/acs.orglett.5b03230.s001 . Получено 2023-12-08 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  20. ^ ab Нельсон, ТД; Мейерс, АИ (1994). "Асимметричная реакция Ульмана, 2. Синтез энантиомерно чистых C2 -симметричных бинафтилов". J. Org. Chem . 59 (9): 2655–2658. doi :10.1021/jo00088a066.
  21. ^ Чжимин Ван, Вэйлян Бао и Юн Цзян, " L -пролин стимулирует реакцию типа Ульмана винилбромидов с имидазолами в ионных жидкостях", Chemical Communications , 2005 , 2849-51. doi :10.1039/b501628b
  22. ^ Бухвальд, Стивен Л.; Може, Кристель; Миньяни, Жерар; Шольц, Ульрих (2006). «Промышленное катализируемое палладием сочетание арилгалогенидов и аминов – личный отчет». Advanced Synthesis & Catalysis . 348 (1–2): 23–39. doi :10.1002/adsc.200505158. S2CID  55030715.