C-C Bağ Oluşum Reaksiyonları

Geçiş metali katalizörleri, 20. yüzyılın başından beri organik ve organometalik kimyada çok önemli bir rol oynamaktadır. Bununla birlikte, geçiş metali katalizörleri palladyum ile katalize edilen çapraz bağlanma reaksiyonlarının ortaya çıkışı ile sentetik kimyasallar için çok değerli hale geldi ve geniş bir yelpazede farklı uygulamalarla yeni organik bileşiklerin tasarımına ışık oldu.

Mizoroki - Heck, Stille, Negishi, Sonogashira ve Suzuki’nin 70’lerde bağımsız olarak geliştirdikleri çapraz eşleşme reaksiyonları, önemli C-C oluşum reaksiyonlarıdır. Bu reaksiyonlardaki farklılıklar başlangıç reaktifleri ve katalitik süreç sırasında oluşan bileşiklerdir. Reaksiyonların ortak noktaları ise, iki organik molekülün, bir metal-karbon σ bağı oluşturularak katalitik çevrimin farklı basamaklarında Pd ile birleşmesi ve daha sonra bu karbon atomlarının, elde edilmesi güç olan yeni bir C-C bağ oluşturacak şekilde göç etmesidir.

12

Şema 1.7. Palladyum katalizli C-C bağ oluşum reaksiyonları

Ayrıca, Akira Suzuki, Ei-ichi Negishi ve Richard F. Heck, organik sentezde palladyum katalizli çapraz eşleşme gerçekleştirerek kimya Nobel Ödülü almışlardır. Bu nedenle, metal-NHC'ler genellikle Heck reaksiyonu, Suzuki reaksiyonu, Stille reaksiyonu, Hiyama eşleşme reaksiyonu gibi en önemli Pd ile katalize edilen C - C bağ oluşumları reaksiyonlarıdır.

Son yirmi yılda aydınlatılan metal katalizli alkol aktivasyonu, amidasyon, eterifikasyon, aminasyon, hidroaminasyon ve hidrosilasyon reaksiyonlarındaki ilerleme, metal katalizli C- C bağ oluşumu reaksiyonları için önemlidir [31-33].

Suzuki- Miyaura

13 1.3.1.1. Mizoroki- Heck eşleşmesi

Mizoroki-Heck reaksiyonu, bir baz varlığında palladyum ile katalize edilen aril / vinil halojenürlerin veya triflatların vinilasyonuna yönelik en etkili yoldur.

Reaksiyon aynı zamanda, olefin-hidrojenin aril grubuyla ikame edilmesi ile de bilinir ve bu da sentetik önemini artırmıştır.

Mizoroki-Heck eşleşme reaksiyonunun keşfinden bu yana karbon-karbon bağlarının oluşumu için mükemmel bir katalitik araç olarak ortaya çıkmıştır. Bu reaksiyon, yüksek seçiciliğe sahip farklı fonksiyonel grupları tolere etmek için önemli bir özelliğe sahiptir. Bu reaksiyonun organik dönüşümlerdeki önemi ve sert reaksiyon koşullarını daha ılımlı hale indirgeme çabaları göz önüne alındığında, Pd-destekli katalizörlerin Mizoroki-Heck kuplaj reaksiyonu için çok önemli olduğu anlaşılacaktır.

Herrmann ve arkadaşları NHC'lerin ve fosfinlerin karışık Pd(II) komplekslerini tanımlamışlardır. NHC-Pd kompleksleri C-C eşleşme reaksiyonlarında katalitik olarak aktif türlerin hem etkinliğini hem de kararlılığını arttırır. Katalizörlerin yaşamsal özelliğinin hacimli NHC ligandlarının gerekliliğini, buna karşın fosfin ligandının her bir reaksiyon türü için ayrı ayrı optimize etmesi gerektiği sonucuna varmışlardı

14

X R

Kat.(Pd) DMAc, Na(OAc) 130^oC, 14h

R

R= H, C(O)CH₃, OCH₃

X= Br, Cl

1.3.1.2. Suzuki- Miyaura eşleşmesi

Suzuki-Miyaura çapraz eşleşme reaksiyonu, aril-halojenürleri ve fenilboranik asitleri kullanarak aril-aril bağ oluşumu için önemli bir yöntemdir.

Son zamanlarda bu alanda yapılmış önemli çalışmalar, organaboranların havaya ve neme karşı yüksek kararlılığı, bor bileşikleriyle ilişkili düşük toksisite, hafif ve kolay reaksiyon koşulları, sulu inorganik bazların kullanımı gibi reaksiyonun sayısız avantajından elde edilmiştir. Pd ile katalizlenen Suzuki reaksiyonları kimyasal dönüşümlerde C-C bağını oluşturmak için etkili yöntemler olarak iyi bilinmektedir.

X R

B(OH)₂

Pd (OAc)₂ DMF Cs₂CO₃

R

R= Me, OMe, Cl, CO₂Me

Suzuki–Miyaura reaksiyonu farmasötik ara ürünler, dogal ürünler, fonksiyonel malzemeler, hafif reaksiyon koşulları, düşük toksisite gibi özelliklerinden dolayı C-C bag oluşum reaksiyonlarında genel olarak tercih edilmiştir. Bu reaksiyon, katalitik çevrimde üç ardışık basamaktan oluşur: substrat oksidatif ilavesi, bordan paladyuma bir aril transmetalasyonu ve nihai ürün indirgeyici eliminasyon.

Son zamanlarda, yeşil kimya bilinci, hem kimyasal ürünlerin hem de bunların üretildiği süreçlerin çevresel etkisini ele almaya çalışmaktadır. Bir reaksiyon karışımından çıkan kimyasal atıkların yaklaşık % 80'i çözücüye karşılık gelir. Su, toksisitesi ve bol miktarda doğal oluşumu göz önüne alındığında, yaygın olarak kullanılır."Temiz su" kullanımının çevreye en az etkisi olacaktır.

15 Kühn ve Pöthig tarafından suda çözünür PEPPSI tipi Pd-NHC kompleksleri geliştirildi. Katalizör, önemli bir aktivite kaybı olmaksızın kullanılabilir.

Sonogashira ve arkadaşları tarafından 1975'te keşfedildiğinden bu yana bir terminal alkin ile bir aril veya vinil halojenür arasındaki Pd-katalizörlü karbon-karbon bağ oluşumu, Sonogashira eşleşme reaksiyonu olarak bilinir. Bu reaksiyon, farmasötik maddeler, zirai kimyasallar ve doğal ürünlerdeki çeşitli ara ürünlerin sentezi için yaygın olarak kullanılmaktadır. CuI ile paladyum fosfin kompleksleri gelenksel katalizörler olarak homojen koşullar altında Sonogashira çapraz bağlanma reaksiyonu için yüksek aktivite ve seçiciliğe sahiptir.

X HC CH

Pd-CuX kat.

baz R

Son yıllarda Sonogashira reaksiyonuna 2-halojenlenmiş benzamitler uygulanmış ve sonuçta elde edilen izokinolin veya izoindol türevlerini vermek üzere bir alkin hidroaminasyon yapılmıştır. 2016'da, Chen ve ark. kaynaşmış triazolo izokinolinlerin iyi verimlerde birleştirilmesi için CuI-katalizli Sonogashira eşleşme reaksiyonunu bildirmiştir.

16 1.3.1.4. Kumada-Tamao-Corriu eşleşmesi

1972 yılında Tamao ve arkadaşları tarafından geliştirilen C-C eşleşmesi bir alkil veya aril Grignard reaktifi ve nikel veya paladyum katalizörü ile bazlı katalizlenen bir aril, alkil veya vinil halokarbon arasında bir tepkimesidir. Farklı ligandlara sahip olan paladyum ve nikel fosfin kompleksleri, Grignard reaktiflerinin seçici çapraz bağlanma reaksiyonlarını katalize eder [34-44].

^Cl

R R¹MgX,Ni/C

R¹

R