Suzukiova reakce

Oxidační adice je ve většině případů krokem určujícím rychlost Suzukiovy reakce.[11]

Během tohoto kroku je palladium v katalyzátoru oxidováno z oxidačního čísla 0 na II. Katalyzátor 1 reaguje s alkylhalogenidem 2 za tvorby organopalladnatého komplexu 3. Dochází přitom k zániku vazby mezi uhlíkem a halogenem a palladium je nově navázáno na halogen i skupinu R.

Oxidační adice jako součást Suzukiovy reakce

Při oxidační adici se zachovává stereoizomerie vinylhalogenidů, ovšem u allyl- a benzylhalogenidů se obrací.[12]

Oxidační adicí se vytváří cis-palladnatý komplex, jenž se izomerizuje na trans-komplex.[13]

Při Suzukiově reakci se konfigurace dvojných vazeb nemění ani u organoboritého činidla ani u halogenidu.[14] Její konfigurace je ovšem určována cis-trans izomerizací palladnatého komplexu při oxidační adici, kdy trans-palladnatý komplex převažuje. Po navázání organoborité sloučeniny a alkenylhalogenidu na dvojnou vazbu se vytváří dien:

Transmetalace je organokovová reakce, při které se ligandy přesouvají z jedné molekuly na druhou. U Suzukiovy reakce jde o přesun z organoborité sloučeniny 6 na palladnatý komplex 4, kdy se zásada vymění s R₁ substituentem organoborité sloučeniny za vzniku nového palladnatého komplexu 8. Přesný mechanismus transmetalace u Suzukiovy reakce není znám. Organoborité sloučeniny nevstupují do transmetalací, pokud není přítomna zásada a tak se předpokládá, že zásada aktivuje organoboritou sloučeninu a usnadňuje tvorbu R₂-Pd^ll-OtBu z R₂-Pd^ll-X.[11]

Transmetalace při Suzukiově reakci

Posledním krokem je redukční eliminace, při níž se z palladnatého komplexu (8) odštěpí výsledný produkt (9) a obnoví se katalyzátor(1). Pomocí deuteriového značkování bylo zjištěno, že se stereochemie při redukční eliminaci zachovává.[15]

Redukční eliminace při Suzukiově reakci

Důležitou roli má u Suzukiovy reakce také výběr ligandu, nejčastěji se používají fosfinové ligandy. Fosfinové ligandy navyšují elektronovou hustotu na kovovém centru a tak podporují oxidační adici. Jejich substituenty zase svými sterickými efekty podporují redukční eliminaci. Fosfinové ligandy jsou ovšem, kvůli své nestabilitě za podmínek reakce, nahrazovány N-heterocyklickými karbeny.[16]

N-heterocyklické karbeny mají vyšší elektronové hustoty a silnější sterické efekty než fosfinové ligandy. a tak lépe stabilizují katalyzátory.[17]

Suzukiova reakce se využívá k průmyslové syntéze meziproduktů při výrobě léčiv a čistých chemikálií.[22] V minulosti její využití omezovaly vysoké ceny katalyzátorů a špatná dostupnost boronových kyselin. Průmyslovými Suzukiovými reakcemi se vyrábí řada biologicky aktivních látek, jako je CI-1034, při jehož výrobě se používá triflát a boronová kyselina, kdy při použití 80 kg reaktantů dosahuje výtěžnost 95 %.[23]

Dalším příkladem je reakce 3-pyridylboranu s 1-brom-3-(methylsulfonyl)benzenem, kterou se vytváří meziprodukt, z něhož může být získána látka s účinky na centrální nervovou soustavu. Při reakci se vytváří 278 kg produktu s 92,5% výtěžností.[14][22]

Významných pokroků bylo dosaženo při vývoji heterogenních katalyzátorů Suzukiovy reakce, což má využití v průmyslu (usnadňuje oddělení katalyzátoru od substrátu); ukázalo se, že katalýza jednoatomovými heterogenními Pd katalyzátory je vhodnější než homogenní katalýza pomocí Pd(PPh₃)₄.[24]

Suzukiova reakce má využití při syntézách složitých organických struktur.[25][26]

Suzukiova reakce byla použita na přípravu derivátu citronellalu, sloužícího jako meziprodukt přípravy kaparratrienu, látky aktivní proti leukémii:[27]

Pro Suzukiovy reakce bylo vyvinuto i několik katalyzátorů založených na jiných kovech (především niklu), než je palladium;[28] první taková reakce katalyzovaná niklem byla popsána v roce 1995 a byly při ní použity arylové mesyláty a boronové kyseliny.[29]

I když je při této variantě reakce potřeba velké množství katalyzátoru (okolo 5 molárních procent), tak je méně nákladná díky nižší ceně niklu oproti palladiu. Katalýza Suzukiových reakcí niklem také umožňuje použití řady sloučenin, u kterých reakce při použití palladiového katalyzátoru neprobíhá nebo probíhá hůře.[28] S niklovými katalyzátory lze jako reaktanty použít elektrofily, jejichž reakce za přítomnosti palladiových katalyzátorů jsou obtížně proveditelné, což jsou například fenoly, arylethery, estery, organofosfáty a fluoridy.[28]

Dalším zkoumáním katalyzátorů založených na niklu byly rozšířeny možnosti Suzukiovy reakce a zájem o její výzkum vzrostl. V roce 2000 byl popsán levnější niklový katalyzátor obsahující trifenylfosfinové (PPh₃) ligandy místo dražších, které se používaly dříve.[30]

Při niklem katalyzovaných Suzukiových reakcích jsou potřeba velká množství katalyzátoru (3 až 10 molárních procent), což vyžaduje velký přebytek ligandu (1 až 5 ekvivalentů) a katalyzátor je citlivý na vzduch a vlhkost.[28] K překonání těchto nedostatků byl vyvinut postup využívající malé množství katalyzátoru (<1 mol %) a nevyžadující nadbytek ligandu.[31]

Také byl popsán vysoce aktivní niklový katalyzátor, u kterého k provedení reakce stačí 0,01 až 0,1 mol % a lze jej recyklovat až šestkrát bez pozorovatelné ztráty katalytické aktivity.[32]

Obe varianty Suzukiovy reakce (niklem i palladiem katalyzované) mají své výhody i nevýhody. Byly však vyvinuty i jiné katalytické systémy, založené například na železu nebo mědi.[33]

Dvě skupiny výzkumníků[34][35] se intenzivně zabývaly rozvojem Suzukiových reakcí katalyzovaných železem.

Dalším kovem použitelným jako součást katalyzátorů Suzukiových reakcí je ruthenium.[36]

Sloučeninami niklu lze také katalyzovat tvorbu vazeb C-C z amidů. I přes nízkou reaktivitu amidů lze na přípravu vazeb C-C použít níže uvedený postup, jenž probíhá za mírných podmínek a umožňuje zapojení velkého počtu různých funkčních skupin, jako jsou aminy, ketony, heterocyklické sloučeniny a skupiny obsahující kyselé protony; může rovněž sloužit k přípravě biologicky aktivních molekul a kontrolované tvorbě heterocyklů.[37]

Sloučenina navazující se na tubulin (působící tak jako cytostatikum) byla připravena reakcí trimethoxyamidu a heterocyklického reaktantu.[37]

Arylboronové kyseliny jsou levnější než jiné organoborany a jsou dostupné ve velkém počtu; díky tomu jsou často používanými reaktanty v Suzukiových reakcích. Lze také použít aryltrifluorboritanové soli, které jsou méně náchylné k protodeboracím než boronové kyseliny. Dají se snadno připravit a přečistit.[38]

Aryltrifluorboritanové soli lze vytvořit z boronových kyselin reakcí s hydrogendifluoridem draselným a následně použít při Suzukiově reakci.[39]

Suzukiova reakce se od ostatních podobných reakcí liší tím, že může probíhat jak v dvoufázovém prostředí tvořeném organickým rozpouštědlem a vodou[40] či samotnou vodou,[18] případně neobsahujícím žádné rozpouštědlo.[41]

Tímto se rozšiřují možnosti reakce, protože lze použít mnoho různých ve vodě rozpustných zásad, katalyzátor a reaktantů bez zohledňování jejich rozpustnosti v organických rozpouštědlech. Použití vody jako rozpouštědla má též ekonomické a bezpečnostní výhody. Často používanými rozpouštědly jsou toluen,[42] tetrahydrofuran,[43] dioxan[43] a dimethylformamid.[44] Jako zásady mohou být použity například uhličitan draselný,[40] terc-butoxid draselný,[45] uhličitan cesný,[46] fosforečnan draselný,[47] hydroxid sodný[48] a triethylamin.[49]

• Chanova–Lamova reakce
• Heckova reakce
• Hijamova reakce
• Kumadova reakce
• Negišiova reakce
• Petasisova reakce
• Sonogaširova reakce
• Stilleov reakce

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Suzukiova reakce na Wikimedia Commons
• Mechanism In Motion: Suzuki coupling [online]. Dostupné online. (anglicky)Je zde použita šablona {{Cite web}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.

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