Подробная программа лекций и комментарии ко второй части курса (1132453), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Противовоспалительные мази.4. Анаболики. Способствуют образованию мышечной массы и костной ткани.Метандростенолон.5. БРАССИНОСТЕРОИДЫ - ПРИРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ПОМОГАЮЩИЕ РАСТЕНИЯМБОРОТЬСЯ СО СТРЕССОМ (засуха, заморозки, излишнее увлажнение), ОБЛАДАЮТРОСТОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АКТИВНОСТЬЮ.24-эпибрассинолид [(22R, 23R,24R)- 2α,3α,22,23- тетрагидрокси-В-гомо-7-окса-5α-эргостан-6-он.Препарат "Эпин-экстра", ННПП "НЭСТ-М".МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСНЫЙ КАТАЛИЗ (1 СЕМЕСТР).Комментарий:1. Комплексы переходных металлов в органической химии.Общие представления о структуре комплексов (желательно вспомнить 1-й курс, где все этоизучалось).
Отличие переходных металлов от непереходных – участие d-электронов вобразовании связей с лигандами. Правило 18-ти электронов (аналог правила октета Льюиса вхимии переходных металлов).Металлоорганические соединения – соединения со связью металл – углерод (ковалентной илидонорно-акцепторной).Как считают электроны и формальную степень окисления металла в комплексах:А) лиганды – нейтральные молекулы, связь с металлом донорно-акцепторная – лигандпредоставляет пару электронов, металл – пустую d-орбиталь, металл не изменяет степеньокисления.
Примеры таких лигандов – вода, аммиак, амины, пиридин, фосфины, оксид углерода.Б) лиганды – одновалентные остатки, связь ковалентная, по одному электрону от металла илиганда. Степень окисления металла увеличивается на единицу. Примеры лигандов – гидроксид,алкоксиды, галогениды, амиды, гидриды, одновалентные остатки органических соединений(алкилы, ацетилениды, арилы, ацилы и т.п.)В) лиганды, связанные с металлом больше чем одним атомом углерода; несколько примеров:циклопентадиенил, аллил, этилен.2. Представление о каталитическом процессе. Важно помнить что а) катализатор не входит встехиометрическое уравнение реакции; б) не может изменить положение равновесия.
Если какаято реакция невозможна по энергетическим причинам, никакой катализатор не сможет ее сдвинутьс места. Катализатор влияет только на скорость реакции.3. Реакции, катализируемые комплексами палладия и никеля.Pd и Ni близкие аналоги вПериодической системе. Комплексы катализируют одни и те же реакции по одним и тем жемеханизмам, но Pd обладает более широкими возможностями, поэтому их используют гораздочаще.Комплексы нульвалентного палладия – обладают высокой реакционной способностью, нонеустойчивы (разлагаются с образованием металлического палладия), если в координационнойсфере нет прочно связанных лигандов - фосфинов.
Комплекс Pd(PPh3)4 устойчив (соответствуетправилу 18-ти электронов – d10 у Pd(0) плюс 4 пары электронов от фосфина).Реакции кросс-сочетания. Так называют реакции между электрофилом (RX) и нуклеофилом (R’M) собразованием продукта сочетания R-R’. Слово "кросс" означает, что части R и R’ как правило,различны. Остатки R’ и R могут быть практически любыми: но чаще всего используютсяненасыщенные радикалы (арилы, винилы, ацетиленилы, аллилы, бензилы и т.п.). Вариант кросссочетания, где оба радикала алкилы почти не используется.RX – любое органическое галогенпроизводное, где X – иод или бром, реже хлор. Также частоиспользуются трифлаты ROSO2CF3 (см.
тему Нуклеофильное замещение, уходящие группы).Более доступные тозилаты в кросс-сочетании практически не используются.R’M – металлоорганическое соединение, но не любое. В каталитическом кросс-сочетаниииспользуются соединения бора, олова, цинка, магния, кремния (в порядке убывания значения),очень редко меди. Производные всех остальных металлов и металлоидов, в том числе иближайших аналогов перечисленных, в кросс-сочетании практически не применяются.4. Механизм кросс-сочетания.
В реакции участвуют комплексы палладия или никеля в степениокисления 0. Реакция включает несколько стадий:Стадия 0: активация катализатора – образование координационно-ненасыщенных комплексовPd(0) за счет диссоциации или восстановления исходных комплексов. Функция этой стадии –освободить место в координационной сфере металла для последующих превращений.В собственно каталитический цикл входят три стадии:Стадия 1. Присоединение электрофила RX к богатому электронами комплексу Pd(0), причемпалладий изменяет степень окисления до +2. Стадия называется "окислительноеприсоединение".Стадия 2. Образовавшийся комплекс реагирует с нуклеофильным металлоорганическимсоединением, причем происходит замещение уходящей группы Х на органический остаток.
Этустадию принято называть "переметаллированием".Стадия 3. Образовавшийся комплекс палладия распадается с образованием искомого продукта RR’. Палладий при этом восстанавливается и возвращается к исходной форме. Стадия называется"восстановительным отщеплением", так как этот процесс, с точки зрения координационногосостояния палладия, обратен к стадии окислительного присоединения.Механизм кросс-сочетания принято изображать в виде каталитического цикла, на которомпредставлены стадии1-3.Эффективность катализатора в конкретных реакциях определяется числом [1]каталитическихциклов, приходящихся на один атом палладия.
В большинстве реакций эта величина составляетот 10 до 1000, но известны реакции, в которых наблюдается до 106-108 циклов.5. Наиболее важные реакции кросс-сочетания:a.Наиболее часто используются реакции борорганических соединений с арил1и винилгалогенидами (Реакция Судзуки-Мияуры) . Борорганические соединения – бороновыекислоты и продукты гидроборирования ацетиленов и олефинов. Реакция требует присутствияоснования.b.c.Реакции оловоорганических соединений (реакция Стилле) ицинкорганических соединений (реакция Негиши) с арил- и винилгалогенидами.
Не требуютдобавления оснований. Катализаторы – соединения Pd(0). Олово- и цинкорганические соединенияобычно получают из галогенидов олова или цинка, соответственно, и реактивов Гриньяра илилитийорганических соединений.d.Реакции магнийорганических соединений (реакция Кумады-Тамао-Корриу). Вотличие от предыдущих случаев используют никелевые катализаторы. Используется практическитолько для получения дифенилов.4)К реакциям кросс-сочетания относят также реакцию терминальных ацетиленов с арил ивинилгалогенидами (реакция Соногаширы или, более правильно, Соногасиры). Здесьнуклеофилом является ацетилен в присутствии основания и соли меди(I). Реакция широкоприменяется для получения разнообразных диарилацетиленов и енинов.5)Кроме реакций кросс-сочетания в органическом синтезе завоевала огромнуюпопулярность реакция Мидзороки-Хека (или просто Хека), формально очень похожая на реакциюСоногасиры, но имеющая принципиально иной механизм.
В реакции Мидзороки-Хека олефиныреагируют с арилгалогенидами или трифлатами. Необходимо добавление оснований (третичныхаминов, ацетата натрия, карбоната калия и т.п.). Наиболее часто в качестве олефинов используютстирол и производные акриловой кислоты. Продукт образуется в транс-форме.6)Кросс-сочетание применяется не только для образования связей углерод-углерод, но и дляобразования связей С-N, С-O, C-S и других.
Например, в конце 1990-х был разработан наиболееобщий метод синтеза аминов – от первичных до третичных, с любыми органическими остаткамипалладий-катализируемым кросс-сочетанием (реакция Бухвальда-Хартвига – см.Амины). Реакция требует применения комплексов палладия со специальными фосфинами,например, трис(трет-бутил)фосфином7)Кроме перечисленных реакций, катализируемых Pd(0), существуют процессыкатализируемые двухвалентным палладием.
Pd(2+), в отличие от Pd(0), является электрофилом иокислителем. Реакция с олефинами протекает аналогично другим реакциям присоединенияэлектрофилов к олефинам, например, реакции сольвомеркурирования, с той существеннойразницей, что после присоединения электрофила и нуклеофила, происходит самопроизвольноеотщепление гидрида палладия с перегруппировкой енола (рекомендуем вспомнить механизмыреакции сольвомеркурирования олефинов и гидратации ацетиленов по Кучерову и сравнить).Регенерация Pd(2+) осуществляется окислением солями меди и кислородом. В промышленностиэта реакция (ВАКЕР-процесс, по названию компании, впервые запатентовавшей этопревращение) используется как основной метод получения ацетальдегида.8)Каталитические превращения органических соединений не исчерпываются химиейпалладия (и никеля).
Важнейшим каталитическим процессом (Нобелевская премия 2005 года –Шовен, Шрок, Граббс) стала так называемая реакция метатезиса олефинов. Катализаторамиреакции метатезиса могут быть комплексы как ранних, так и поздних переходным металлов.Наиболее широко используются катализаторы на основе молибдена и рутения. Реакцияметатезиса протекает через промежуточное образование комплексов переходных металловс карбенами. Два типа катализаторов:а) карбеновые комплексы Шрока на основе молибдена и других ранних переходных металлов.Типичный представитель – компекс Mo(6+) с карбеном и вспомогательными лигандами. На схемахпоказывают упрощенно, показывая только карбен.б) карбеновые комплексы Граббса на основе Ru(2+). Основной катализатор этого типа кромекарбенового лиганда имеет вспомогательные лиганды – трициклогексилфосфин и хлорид.
насхемах упрощенно обозначают только карбеновый лиганд. Катализаторы Граббса наиболеепопулярны в синтезе.Реакция метатезиса представляет собой равновесное превращение.Механизм реакции (Шовен) включает образование четырехчленного металлацикла и его распад.Все стадии обратимы. Чтобы в каждом конкретном случае понять, в каком направлении пойдет таили иная реакция метатезиса, нужно оценить относительную устойчивость олефинов (см. темуАлкены) и правило Ле Шателье.Применение реакции метатезиса:а) циклизация. Равновесие смещеается за счет удаления из системы газообразного этилена.Можно получать циклические и гетероциклические олефины самого разного размера.б) Размыкание цикла. Равновесие смещается за счет избытка этилена под давлением, напримерН.В.Лукашёв, А.В.Чепраков[1] В отечественной литературе более известна как реакция Сузуки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
