Karbometalace

Karboaluminační reakce, při kterých se navazuje hliník, jsou nejčastěji katalyzovány zirkonocendichloridem a podobnými sloučeninami; v některých případech se místo nich používají komplexy odvozené od titanocendichloridu.[1] Tato reakce se někdy označuje jako ZACA (asymetrická karboaluminace alkenů katalyzovaná zirkoniem) nebo ZMA (methylaluminace alkynů katalyzovaná zirkoniem).[2]

Nejběžnějšími trialkylhlinitými sloučeninami zapojovanými do této přeměny jsou trimethylhliník, triethylhliník a triisobutylhliník. Pokud tyto trialkylhliníky obsahují beta-hydridy, tak se objevují vedlejší reakce v podobě eliminací a hydroaluminací. Obecný mechanismus ZMA reakce začíná tvorbou aktivního katalyzátoru z prekatalyzátoru, zirkonocendichloridu, jeho reakcí s trimethylhliníkem. Nejprve proběhne transmetalace a methyl se přesune od hliníku na zirkonium. Následně dojde k odštěpení chloridu hliníkem a vzniku kationtové sloučeniny zirkonia, úzce spojené s aniontovým komplexem hliníku. Tento kation se koordinuje na alken nebo alkyn, kde proběhne migrační inserce methylové skupiny. Vzniklá vinyl- nebo alkylzirkoniová sloučenina může vstoupit do vratné transmetalace (zachovávající stereochemii) s organohlinitou sloučeninou za vzniku konečného produktu a obnovy katalyzátoru. Tento proces většinou patří mezi syn-adice; za určitých podmínek ale může dojít i k anti-adici, která má odlišný mechanismus.

Trimethylsilylované alkyny, trimethylgermaniumalkyny a koncové alkyny mohou za pokojové či vyšší teploty vytvořit produkty anti-karboaluminačních reakcí, pokud mají navázanou koordinující skupinu do blízkosti substrátu.[3]

U těchto reakcí proběhne nejprve syn-karboaluminace výše uvedeným mechanismem. Poté další ekvivalent hliníku, s navázanou řídicí skupinou, odštěpí vinylhliník, čímž se obrátí geometrie na uhlíku, na kterém reakce probíhá.

Anti-karboaluminace alkynů

Tímto vznikne termodynamicky výhodný metalocyklus, který brání další inverzi. Takto vzniká produkt anti-karboaluminace, který může reagovat s elektrofily. Uvedený postup je omezen tím, že řídicí skupina musí být dostatečně blízko k π vazbě uhlík-uhlík, aby se utvořil termodynamicky výhodný kruh nebo směs geometrických izomerů.

Enantioselektivní karboaluminace alkenů

Karboaluminace alkenů za vzniku substituovaných alkanů může být enantioselektivní, jestliže se použijí prochirální alkeny. U takových reakcí se dosahuje enantioselektivity pomocí chirálního indenylového komplexu vzniklého ze zirkoniového katalyzátoru. Vysoké enantioselektivity zde lze dosáhnout u mnoha různých trialkylhlinitých sloučenin, výtěžek se ovšem s rostoucím počtem uhlíkových atomů na alkylovém řetězci trialkylhlinitého činidla snižuje.[2]

Při karbolithiacích se na vazby C-C navazují organolithné sloučeniny. Lze zde použít komerčně dostupná organolithná činidla, jako je n-butyllithium, ale i sloučeniny vytvořené deprotonacemi či lithium-halogenovými výměnami.[4][5]

Jsou popsány jak mezimolekulární, tak i vnitromolekulární karbolithiace. Organolithné sloučeniny jsou vysoce reaktivní a ty, které vzniknou karbolithiacemi, tak mohou dále reagovat s elektrofily či se zbytky výchozího materiálu (což vede k polymerizacím).[4] Tento druh reakce lze provést enantioselektivně s použitím sparteinu, který chelatuje lithné ionty a vytváří chiralitu.[4][6][7] Tento postup není běžný, protože přírodní spartein je špatně dostupný. Pokroky v syntéze sparteinu a jeho využití při karbolithiacích ovšem obnovily zájem o výzkum této oblasti.[8]

Do tohoto druhu reakcí patří i alternativní syntéza tamoxifenu, vyvcházející z difenylacetylenu a ethyllithia:[9] Elektrofilem je tu triisopropylborát, který vytváří boronovou kyselinu R–B(OH)₂. Ve druhém kroku vznikne tamoxifen pomocí Suzukiovy reakce.

Důsledkem silné zásaditosti, vysoké reaktivity a nukleofility organolithných sloučenin je to, že rozsah použitelných substrátů je omezen na molekuly neobsahující kyselé nebo elektrofilní funkční skupiny.

Vzhledem k nižší nukleofilitě Grignardových a organozinečnatých činidel se nekatalyzované karbomagnesiace a karbozinkace obvykle objevují pouze u aktivovaných nebo sterickými a elektronovými efekty zatížených alkenů a alkynů;[10] například musí být s π-systémy vazeb C-C konjugovány skupiny odtahující elektrony, jako jsou estery, nitrily a sulfony (viz Michaelovu reakci) nebo musí být navázána řídicí skupina, napříéklad alkohol nebo amin, do jeho blízkosti.

Tyto reakce lze katalyzovat řadou různých kovů, jako jsou železo,[10][11] měď,[10] zirkonium,[12] nikl[10][13] a kobalt.[14]

Příkladem může být reakce methylfenylacetylenu s fenylmagnesiumbromidem katalyzovaná Fe, jejímž meziproduktem je vinylmagnesiová sloučenina. Hydrolýzou tohoto meziproduktu vzniká difenylalken.[11]

Grignardovo činidlo zde reaguje s acetylacetonátem železitým a tributylfosfinem a vytváří se arylželezitý meziprodukt, jenž reaguje s chloridem měďným na měďnan:

Arylmagnesiace

Karbopalladace jsou součástmi Mizorokiových-Heckových reakcí, katalyzovaných palladiem[15] a řadit k nim lze také karbometalace využívající palladiové katalyzátory, jako jsou například difunkcionalizace[16] a hydrofunkcionalizace alkenů.[17][18]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Carbometalation na anglické Wikipedii.