Kumadovo párování

V souladu s obecně příjímaným mechanismem se předpokládá, že u Kumadových párování katalyzovaných palladiem je význam palladia obdobný jako u jiných křížových párování. Navržený katalytický cyklus obsahuje palladium v oxidačních číslech 0 i II. Na začátku se na elektrony bohatý Pd⁰ katalyzátor (1) naváže na vazbu R–X v molekule organohalogenidu. Touto oxidační adicí se utvoří organopalladnatý komplex (2). Poté proběhne transmetalační reakce s Grignardovým činidlem za vzniku heteroorganokovového komplexu (3). Před následujícím krokem musí proběhnout izomerizace, aby byly sousední ligandy vzájemně v poloze cis. Nakonec se redukční eliminací meziproduktu (4) vytvoří vazba uhlík–uhlík, uvolní výsledný produkt a obnoví Pd⁰ katalyzátor (1).[8] U palladiových katalyzátorů rychlost reakce určuje oxidační adice, která probíhá pomaleji než u katalýzy niklem.[8]

Mechanismus párování katalyzovaných niklem není zcela znám. Předpokládá cse, že za různých reakčních podmínek a při použití odlišných ligandů probíhá rozdílně.[9] Obvykle se přesto popisuje jako podobný mechanismu u palladia. Za určitých podmínek ovšem takový mechanismus nedokáže vysvětlit všechny pozorované jevy. Při zkoumání reakcí tridentátních terpyridinových ligandů byly zjištěny mezipodukty vykazující katalytické cykly typu Ni^II-Ni^I-Ni^III,[10] což naznačuje složitější průběh. Při přidání butadienu se nejspíše tvořil meziprodukt obsahující Ni^IV.[11]

Kumadovo párování bylo úspěšně použito na velký počet aryl- i vinylhalogenidů. Místo halogenidů lze také použít pseudohalogenidy, například tosyláty[12] a trifláty,[13] a to za mnoha různých podmínek.

I přes úspěšná použití aryl- a vinylhalogenidů se alkylhalogenidy tolik neosvědčily. Protože nemají π-elektrony, tak alkylhalogenbidy vyžadují odlišné mechanismy oxidační adice než arylové a vinylové skupiny, tyto procesy nejsou dobře popsané.[9] Kvůli přítomnosti β-vodíků jsou také alkylhalogenidy náchylné k beta-hydridovým eliminacím.[14]

Tyto potíže byly překonány přidáním aktivujících skupin, například karbonylů v podobě α-bromketonů, které reakci usnadňují. Kumadova párování byla také provedena u neaktivovaných alkylů, často přidáním dalšího katalyzátoru nebo reaktantu; například za přítomnosti buta-1,3-dienů bylo možné uskutečnit niklem katalyzované alkyl–alkylové párovací reakce, které by jinak neprobíhaly.[15]

Předpokládá se, že mechanismus těchto reakcí zahrnuje tvorbu oktadienylového komplexu niklu. Tento katalyzátor by měl vstupovat do transmetalací s Grignardovými činidly a poté se předpokládá redukční eliminace halogenidu, čímž se omezuje nebezpečí β-hydridové eliminace. U párování arylů a vinylů byly zaznamenány produkty obsahující Ni^IV, který není v souladu s mechanismy navrženými pro párování arylových a vinylových halogenidů.[11]

Navržený mechanismus Kumadova párování po přidání butadienu

Byla popsána párování aryl- a vinylGrignardových činidel.[2] Rovněž je možné bez větších obtíží použít alkylová Grignardova činidla, protože u nich neprobíhají β-hydridové eliminace. Přestože je za běžných podmínek možné s Grignardovými činidly použít jen omezené spektrum funkčních skupin, tak byly provedeny i reakce, do kterých lze zapojit větší počet různých substituentů, za nízkých teplot byly provedeny i reakce substrátů s vysoce funkcionalizovanými arylovými skupinami.[16]

Kumadovy párovací reakce může katalyzovat velký počet nikelnatých i palladnatých katalyzátorů. Struktury prekurzorů lze obecně popsat vzorcem ML₂X₂, kde L je fosfinový ligand.[17] Jako L₂ se často používají bidentátní difosfiny, jako jsou dppe a dppp.

Alois Fürstner se svými spolupracovníky provedl reakce katalyzované komplexy železa, výtěžnosti. Pravděpodobnými aktivními katalyzátory jsou zde „anorganická Grignardova činidla“ se strukturou typu Fe(MgX)₂.[18]

Tyto reakce nejčastěji probíhají v tetrahydrofuranu nebo diethyletheru. Etherové roztoky jsou výhodné, protože jde o obvyklé prostředí, ve kterém se připravují Grignardova činidla.[2] Vzhledem k vysoké reaktivitě Grignardových činidel je spektrum funkčních skupin použitelných v Kumadových reakcích omezené, což může komplikovat větší syntézy. Grignardova činidla snadno podléhají protonolýzám za přítomnosti i mírně kyselých skupin, jako jsou například alkoholy. Také se mohou adovat na karbonylové i jiné oxidující skupiny.

Podobně jako u řady dalších párovacích reakcí jsou palladiové katalyzátory citlivé na přítomnost vzduchu, reakce se tak provádějí v inertních atmosférách tvořených argonem nebo dusíkem.

Jak cis-, tak i trans-alkenylhalogenidy mohou vstupovat do reakcí s Grignardovými činidly zachovávajících výchozí geometrické konfigurace. Toto není závislé na ostatních faktorech, jako jsou ligandy u katalyzátoru a vinylové substituenty.[17]

Kumadova párování využívající vinylová Grignardova činidla nemají žádnou stereospecificitu a vytváří směsi cis- and trans-alkenů. Míra izomerizace závisí na mnoha různých faktorech, jako jsou vlastnosti reaktantů a druh halogenidové skupiny. Tuto ztrátu stereospecifity způsobují vedlejší reakce mezi dvěma ekvivalenty allylových Grignardových činidel.[17]

Chirální ligandy pro enantioselektivní Kumadova párování. A: [Methoxyalkyl(ferrocenyl)]monofosfin B: bisoxazolin

Asymetrické Kumadaovy párovací reakce lze uskutečnit při použití chirálních ligandů. U rovinně chirálních ferrocenových ligandů byly dosaženy enantiomerní přebytky i nad 95 %, pokud reagovaly aryly.[19]

Gregory Fu předvedl enantiokonvergentní párování α-bromketonů s katalyzátory obsahujícími bisoxazolinové ligandy, kde chirální katalyzátor přeměňuje výchozí racemickou směs na jediný enantiomer s enantiomerním přebytkem 95 %.[20]

Tato reakce je významná tím, že se při ní používá jinak většinou neproveditelné párování alkylhalogenidů.

Enantiokonvergentní párování α-bromketonů

Grignardova činidla obvykle nereagují s chlorareny. Tato nízká reaktivita vytváří chemoselektivitu pro navazování niklu na vazbu C–Br u bromchlorobenzenu pomocí katalyzátoru založeného na NiCl₂.[21]

Kumadovo párování katalyzované NiCl₂ s haloselektivitou na bromchlorbenzenu

Kumadovy párovací reakce se používají i v průmyslovém měřítku, například při výrobě léčiv. Slouží mimo jiné k tvorbě uhlíkové kostry aliskirenu, léku proti vysokému krevnímu tlaku.[22]

Kumadovo párování při výrobě aliskirenu

Kumadovo párování je také využitelné při tvorbě konjugovaných polymerů, jako jsou například polyalkylthiofeny (PAT), které mohou být použity v organických fotovoltaických článcích a světelných diodách.[23]

V roce 1992 byla uskutečněna první syntéza regiopravidelných polyalkylthiofenů, s využitím níže znázorněné Kumadovy reakce, která vyžadovala teploty pod 0 °C.[24]

Příprava polythiofenů Kumadovým párováním

Tato syntéza byla následně vylepšena, za dosažení vyšší výtěžnosti a proveditelnosti při pokojové teplotě.

[25]

• Příklad reakce

• Heckova reakce
• Hijamovo párování
• Suzukiova reakce
• Negišiovo párování
• Petasisova reakce
• Stilleova reakce
• Sonogaširova reakce

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