Методичка (3) (1126199), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Следствием этого является богатая химия палладия ибольшое многообразие комплексов, которые он образует. Коммерчески доступнымсоединением палладия, исходным для получения комплексов, является дихлорид, имеющийполимерное строение.39ClClPdClClPdPdClClnДихлорид PdCl2 представляет собой обычно порошок от фиолетово-коричневого докоричневого цвета, почти нерастворимый в воде и нерастворимый в органическихрастворителях. Он легко растворяется в соляной кислоте и растворах хлоридов щелочныхметаллов с образованием H2[PdCl4] и соответствующих солей.В качестве катализатора кросс-сочетания PdCl2 используют редко. Чаще применяютацетат, Pd(OAc)2 и тетрахлорпалладат лития:PdCl2+ 2LiCl → Li2[PdCl4],а также комплексы PdCl2 с фосфинами и нитрилами.
Их получают по следующим реакциям:PdCl2+ацетонитрил2MeCN(NH4)2PdCl425o, 12 ч+PdCl2(MeCN)2100%золотисто-оранжевыйH2O - EtOHPPh3(Ph3P)2PdCl2ярко-желтыйПожалуй, наиболее употребительным катализатором реакций кросс-сочетанияявляется комплекс нульвалентного палладия, Pd(PPh3)4 – чувствительное к воздухукристаллическое вещество желтого цвета. Его получают, исходя из дихлорида палладия.PdCl21) PPh3, ДМСО, 140о2) N2H4 H2OPd(PPh3)490-94%Этот комплекс Pd(0) может быть получен и другими методами. В отличие от PdCl2,комплексы Pd(II) и Pd(0) хорошо растворимы в органических растворителях. Во многихслучаях комплекс нульвалентного палладия не выделяют, а получают его in situ.
СоединенияPd(II) очень легко восстанавливаются до комплексов Pd(0) при действии различныхвосстановителей:оксидауглерода(II),спиртов,третичныхаминов,алкенов,металлоорганических соединений металлов главных групп и фосфинов. Поэтому в техслучаях, когда над стрелкой в уравнении реакции кросс-сочетания указана соль Pd(II),следует понимать, что реальными катализатором процесса является какой-то комплекс Pd(0).40В реакционной смеси всегда найдется соединение, способное восстановить соль палладия доPd(0).Среди большого многообразия реакций, катализируемых соединениями палладия,можно выделить две большие группы:R - X + R'MR = арил, винилR- X +R'[Pd](VIII)R - R'[Pd]основаниеRR'(IX)[Pd]основаниеC - R'R - X + H- CC - R'R- CРеакции типа (VIII) представляют собой реакции сочетания органогалогенидов(обычно арил- и винил, а также аллил- и бензилгалогенидов) с металлоорганическимисоединениями.
В зависимости от используемого металла, выделяют четыре типа реакций:1) Реакция Хараша (М = Mg)MeMePd(PPh)4PhMgBr +BrBrBrSMeMeS72%Ph2) Реакция Стилле (M = Sn)SnBu3Me+OO(CH2)8IPd2(dba)3AsPh3, CuI Me20o, 20 час(CH2)8OO46%(dba - дибензилиденацетон, PhCH=CH-C-CH=CHPh)O3) Реакция Негиши (M = Zn)ZnCl + BrCH=OPd(PPh3)2Cl2CH=O92%4) Реакция Сузуки (M = B)41BrHCOOHCOONB(OH)2 +Pd(PPh3)4, Na2CO3MeCN- H2O, 90oN90%Чаще всего упомянутые выше реакции используют для синтеза различныхнесимметричных биарилов.
Реже в реакциях кросс-сочетания используют органическиепроизводные Li, Cu, Hg, Al, Ga, Si, Ge, Zr, Bi и Mn.Рассмотренные выше реакции проходят по механизму, включающему окислительноеприсоединение к комплексу Pd(0) с последующим переносом арильной (или винильной)группысметаллаMнапалладий.Реакциизаканчиваютсявосстановительнымэлиминированием от палладийорганического соединения (36) с регенерацией комплексаPd(0):окислительное присоединениеPd(0) + RXR-Pd-XтрансметаллированиеR-Pd-R'R-Pd-X + R'M(35)восстановительное элиминированиеR-Pd-R'R-R' + Pd(0)Дезактивация Pd-катализатора происходит, если количество поддерживающеголиганда недостаточно и приводит к образованию металлического палладия (палладиевойчерни).
В большинстве случаев трансметаллирование является скорость определяющейстадией. Окислительное присоединение может быть скорость определяющей стадией длямалореакционноспособныхэлектрофилов,такихкакарил-ивинилхлориды,алкилгалогениды и сульфонаты. Если участником реакции кросс-сочетания являютсявинильные и циклопропильные производные, то стереохимическая конфигурация винильныхи циклопропильных фрагментов в ходе реакции сохраняется.42BOBr+PhOPd(PPh3)4C6H6 - EtOH, EtONa,Ph87%n-BuBO+ONBrBu- nPd(PPh3)4C6H6 - EtOH, EtONa,N83%CuLi + I2C5H11C5H11(Ph3P)4Pd1 эквивалент ZnBr286%99,5% Z,ZРоль основания при кросс-сочетании борорганических соединений в реакции Сузукиочень важна.
Основание превращает малореакционноспособную бороновую кислотуRB(OH)2 в четырехкоординационный боронат, например [RB(OH)3], который и вступает вреакцию кросс-сочетания. В безводных условиях в качестве основания часто используютK3PO4 и Cs2CO3, которые обладают небольшой растворимостью в органическихрастворителях.Исторически первой реакцией, побудившей химиков искать новые методы кросссочетания,являетсявзаимодействиертутноорганическихсоединенийсалкенами,приводящее к образованию новой σ-связи С-С.
Эта реакция (реакция Хека * ) была открыта в1968 г.:R1HgX + CH2=CH-R2Li2PdCl4(37)R1-CH=CH-R2(38)В реакции с терминальными алкенами (37) обычно получается более стабильный Еалкен (38). Однако, зачастую реакция приводит к смеси продуктов с преобладанием Eалкена, например:*R.F.Heck, in Organic Reactions, 1982, v.27, p.345.43PhHgOAC +PhLi2PdCl4MeMe +57%Ph+5% Me+PhPh+12%26%Механизм реакции включает промежуточное образование палладийорганическогосоединения и последующее внедрение алкена по связи C-Pd:трансметаллированиеR1HgX++ R1PdXPdX2 → HgX2внедрение алкена (син-процесс)12H R2R PdX + RR2H HXPdR1XPdHHR1H(39)Образующиеся в качестве интермедиатов алкил-палладий-галогениды типа (39) легкопретерпевают β–элиминирование (син-процесс):HXR2(39)+[HPdX]1RPd0Именно по этой причине реакции, катализируемые палладием, редко используют длякросс-сочетания с алкилгалогенидами, имеющими β–Н атом в алкильной группе.В настоящее время ртутьорганические соединения не используют в реакции Хека, аключевой интермедиат – RPdX (R – арил, винил) получают in situ путём окислительногоприсоединения RX к комплексу Pd(0).Реакция Хека региоселективна: атом палладия присоединяется преимущественно кнаиболеезамещенномуатомууглерода.Поэтомуосновнымпродуктомреакциитерминального алкена является алкен с внутренним положением двойной связи.
Наибольшаяселективностьнаблюдаетсявслучаеалкенов,заместители при двойной связи:44содержащихэлектроноакцепторныеXX = CN, COOMe, CH=O, Ph, OAc, CH2ClПеречисленные алкены присоединяют группу R исключительно по концевому атомууглерода. В реакции Хека используют винил- и арилгалогениды, винил- и арилтрифлаты.COOHCOOH+Pd(OAc)2NEt3, 100oCOOMeBrCOOMe67%OTfPd(OAc)2, K2CO3+NNBu4NOTf, DMF - H2O, 55NoNTsBocTsTs = MeBocE - изомер83%, ee 97%SO2 , Boc = t -BuOC- , Tf = CF3SO2OНаиболее активны в этой реакции иодиды.
Бромиды менее реакционноспособны, а хлоридыв эту реакцию не вступают.Аналогично реагируют с алкенами и алкенилборные кислоты (вариант реакцииСузуки), например:R1B(OH)2 +Li2PdCl4Et3N, MeCN2RR1 = n-Bu, PhR1R248-80%R2 = n-Bu, Ph, COOMe, CONH-Bu- tТаким путем можно получать диены с заданной конфигурацией двойных связей. Вэтих условиях однозначно реагируют не только терминальные алкены, но и алкены свнутренним положением двойной связи.45R1R2B(OH)2 +Li2PdCl4COOMe Et3N, MeCNR1COOMeR2R1 = n-Bu, Ph40-63%R2 = Me, COOMeЕщё одна синтетически важная реакция кросс-сочетания – сочетание арилгалогенидовс терминальными алкинами (реакция Соногашира):RXPd(PPh3)2Cl2, CuI, 20oCC-R'Et3N или пиридинHC+R'-CC-RМеханизм этой реакции включает два каталитических цикла.
Цикл А состоит из ужеизвестных нам реакциий – окислительного присоединения (1), переметаллирования (2) ивосстановительного элиминирования (3).HX аминR'CCHPd(PPh3)2Cl2LPd IILRR'-ClRXoвосстановлениеXC-CuЦикл Б2Цикл АCuXL2PdIIPd L2CCR'R3L = Ph3PЦиклБоснованнаR-CобнаруженнойC-R'способностиCuIкатализироватьстадиюпереметаллирования в присутствии амина за счет промежуточного образования ацетиленидамеди. Следующий пример показывает, в каких мягких условиях может осуществляться46реакция Соногашира и какие нетривиальные лиганды и основания могут быть использованыдля повышения выхода конечного продукта.MeOOCI + HCCOMeMeOOCCPd2(dba)3, CuI, Bu4NI[2,4,6-(Me)3C6H2]3P, Pr2NEt,Me2S, -20o, 20 минC100%OMe(dba - дибензилиденацетон)Таким образом, в настоящее время в арсенале химика-синтетика есть большое числосоединений палладия в сочетании с различными добавками, способных катализироватьреакции кросс-сочетания.
Выбор нужной комбинации реагентов в каждом конкретномслучае вовсе не очевиден. Поэтому при выборе условий реакции следует рассмотретьближайшие известные аналогии и начать эксперименты именно в этих условиях.В заключении этого раздела необходимо сказать о важном современном направлениииспользования Pd-катализируемых реакций, внедренном в синтетическую практику менее 10лет назад, которое, однако, не связано с образованием новой C-C связи. Речь идет о Pdкатализируемом аминировании арил- и винилгалогенидов.Ar-X + HNRR'PdCl2 [(о-толил)3P]2t-BuONa отолуол, 70-90 СAr-NRR'X = Br, I, Cl, OTfМеханизм этой реакции очень похож на механизм реакции кросс-сочетания, которыйбыл обсужден выше. Роль основания состоит в депротонировании амина, связанного с Pd впромежуточно образующемся комплексе.
Природа фосфинового лиганда имеет оченьбольшое значение: в ряде случаев высокие выходы продуктов аминирования достигаютсятолько при использовании пространственно-затрудненных лигандов, таких как t-Bu3P илибидентатных лигандов BINAP или dppf.47PPh2PPh2FePPh2PPh2dppfBINAPВ создании связи C-C могут принимать участие и соединения других переходныхметаллов. Наиболее важны в этом отношении медьорганические соединения.Медьорганические соединения в органическом синтезеДля создания новых C-C связей широко используются также медьорганическиесоединенияюПромежуточное образование медьорганических соединений постулируется в реакцииУльмана, приводящей к образованию бифенилов, например:2 C6H5JCuкипячениеC6H5C6H578%Считают, что эта реакция протекает следующим образом:2 C6H5JCuC6H5(- CuJ)CuJ-JC6H5CuC6H5JC6H5- CuJC6H5Реакционная способность арилгалогенидов в реакции Ульмана зависит от природыгалогена: J > Br > Cl.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
