パラジウム触媒クロス カップリング

Organic Chemistry II

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Overview

ソース: Vy 雅洞、Faben クルス、化学科、カリフォルニア大学、アーバイン、カリフォルニア州

この実験は、パラジウム触媒によるクロス カップリングの概念を説明します。典型的なパラジウム触媒クロス カップリング反応のセッティングは説明します。パラジウム触媒を用いたクロス カップリング反応はどのように合成化学分子を作るに大きな影響があった。これらの反応は、新しいより効率的な方法で債券を構築する化学者を有効にしています。このような反応は、罰金化学・製薬業界の広範なアプリケーションを発見しました。パラジウム触媒を用いたクロス カップリング反応は、化学者のツールボックスは、有機化学を中心とする炭素-炭素結合を構築するために別のツールを追加します。2010 ノーベル化学賞の対象とされてこれらの反応で炭素-炭素結合とパラジウム触媒クロス カップリングの影響の重要性の組み合わせをもたらしました。根岸英一、化学のノーベル賞の受け手の 1 つは、方法を開発する」広く適用できる簡単なレゴのような異なる 2 つのフックのこの化学を開発するための彼の動機の一つだったと彼のノーベル賞講演で説明しました。有機グループ」。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 有機化学 II. パラジウム触媒クロス カップリング. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

パラジウム触媒を用いたクロス カップリング反応はパラジウム触媒と求核剤 (通常有機金属化合物、または、アルケン)、求電子剤 (通常は organohalide) から成っています。求電子剤や求核剤使用にかかわらずすべてのパラジウム触媒クロス カップリングは、アクティブにし、両方のパートナーを結合する Pd 触媒に依存します。一般的に言えば、0 価パラジウム種は organopalladium 種 (RPdX) を形成するための酸化的付加による organohalide と反応します。この organopalladium 種 organopalladium の新種を生成する求核のパートナーに反応し、最終的に新しい炭素-炭素結合を構築.Pd 触媒を用いるクロス カップリング求のパートナーによっては、特定の名前が与えられます (下表 1を参照)。

求核剤 反応名
有機ホウ素 鈴木
Organostannane Stille
バギーカー 根岸
有機マグネシウム (グリニャール試薬) 熊田
有機シラン 檜山
オレフィン/アルケン 一体
アルキン 薗頭

表 1: パラジウム触媒クロス カップリング反応名とその求パートナー リスト。

2 つこれらの Pd 触媒に関連する一般的なメカニズム クロス カップリング。ヘック反応と他のクロス カップリング反応。全体的にみて、ヘック反応では、今より置換オレフィン (図 1) を生成する organohalide と、アルケンが高まります。ヘック反応の最初のステップは、他のすべてのパラジウム触媒クロス カップリングと同じです。まず、酸化的付加に Pd (0) の間発生します-触媒と organopalladium(II) 種を生み出す organohalide。次に、これにオレフィン座標 organopalladium(II) 種を新設しましたオレフィンの配位後、carbopalladation に新しい炭素-炭素及び炭素パラジウムの結合を生成するため発生します。パラジウム (II) を生成する次に、ベータ水素脱離が発生します-水素、オレフィン製品。最後に、HX の還元除去再生 Pd (0)-触媒、organohalide とオレフィンの別の分子への結合度を続けることができます。

Figure 1
図 1: ヘック反応は今より置換オレフィンを生成する organohalide と、アルケンをカップルします。

クロス カップリング反応の残りのためのメカニズムのとおりです (図 2)。Organohalide pd (0) 触媒と酸化的付加 organopalladium(II) 種の形成で起因します。この organopalladium(II) 種は、2 つの炭素パラジウムの結合を有する organopalladium(II) 種を生み出すトランス メタル化と呼ばれるステップで求核有機金属化合物と反応します。最後に、新しい炭素-炭素結合を作成し、再生成して pd (0) 触媒還元除去が発生します。

Figure 2
図 2: 残りのクロス カップリング反応のメカニズム。

Procedure

Image 1

  1. 4-iodoacetophenone (246 mg、1 相当、1 モル)、アクリル酸 (100 μ L、1.5 の同等物の 1.5 モル)、炭酸ナトリウム (Na2CO3, 318 mg、3 の同等物の 3 モル)、PdCl2 (2 mg、0.01 同等、0.01 モル) を追加し、水 (5 mL、0.2 M)、丸底フラスコ (~ 20 mL) 電磁攪拌棒を装備。
  2. およそ 100 ° C への反応を熱し、4-iodoacetophenone (約 1 h) の完全な消費になるまでかき混ぜます。
    1. 反応は、TLC によって監視できます。
  3. 完了後室温に反応混合物を冷却します。
  4. 1 M 水溶液 HCl と反応混合物を酸性化 〜 1 の pH。
    1. 反応混合物の pH は、リトマス試験紙でチェックできます。
    2. 固体が沈殿する必要があります。
  5. ろ過を介して固体を収集します。
  6. メタノール/水の 1:1 の混合物を使用して再結晶による粗製物質を浄化します。

パラジウム触媒クロス カップリング反応は、新しい炭素-炭素結合を作成するための貴重なツールです。

その開発が複雑有機物炭化水素の断片から構築する化学者を有効に、罰金化学および医薬品工業での使用と広くなっています。

2010 ノーベル化学賞の対象たち有機化学への影響はとても深いです。

このビデオは、パラジウム触媒クロス カップリング反応の原則だけでなく、研究室では、技術の実証を示しています。

通常、通常、organohalide、有機金属化合物を求核剤に求核剤の付加を容易にする使用はパラジウム触媒反応のこれらのタイプは、

0 価パラジウム種は、新しい炭素-炭素結合を形成する求核剤と反応し、organopalladium 2 種を形成する酸化的付加による organohalide と反応します。

一体結合を除いて、これらの反応のすべての同じメカニズムに従って: 次の organopalladium 2 種を形成する有機金属求核剤と transmetallation ステップが発生すると、2 つの新しい種を形成する酸化的付加炭素パラジウム債券です。最後に、新しい炭素-炭素結合を作成し、求核剤と求電子剤の別のカップルを続行できますゼロの触媒パラジウムを再生成する還元除去が発生します。

ヘック カップリング反応、以前カップリング反応、transmetallation ステップとは対照的に 2 種が同様に形成される organopalladium パラジウム 2 種が、オレフィンとの複合体を形作る調整手順が発生します。次の調整ステップ carbopalladation に新しい炭素-炭素及び炭素パラジウムの結合を生成するため発生します。次に、ベータ水素脱離は、ゼロをパラジウム触媒を再生成する還元除去を受ける目的の置換オレフィンとパラジウム 2 水素化物の種を生成します。

今では我々 は、パラジウム触媒クロス カップリング反応の原則を議論して、典型的な一体カップリング法を見てみましょう。

Α, β-不飽和カルボン酸の合成、4 iodoacetophenone とアクリル酸パラジウム触媒の存在下に反応はします。アセトフェノン、アクリル酸、塩化パラジウム 2 20 mL 丸底フラスコを記入することによって開始し、5 mL の水で希釈します。ゼロ、パラジウム触媒を減らすために炭酸ナトリウムを追加し、混合のための磁気攪拌棒を追加

フラスコに試薬を追加した後、内容をかき混ぜるし、逆流する反応を熱

薄層クロマトグラフィーまたは TLC、アセトフェノンの完全な消費の確保による反応の進行状況を監視します。

反応が完了したら、フラスコを加熱源から外し、この部屋の温度に冷却する混合物を許可します。

混合物が冷却すると、ph 1 リトマス試験紙、pH モニタリング 1 モル水溶液の HCl で酸性化し、カップリング製品ソリューションから沈殿する必要があります。

混合物が酸性化して、中味を Büchner 漏斗フィルター紙で覆われている上に、真空濾過により固体を収集します。

カップリング製品の構造を確認するには、2 mg 0.5 mL の DMSO d6 に乾燥材を溶かすし、NMR による分析します。

実験手順の例を見ている、パラジウム触媒クロス カップリング反応のいくつかの有用なアプリケーションをみましょう。

医薬品化合物の製造の主要な要件は、最小限の毒性と可燃性、プロセスの最大の安定性です。鈴木カップリング反応の条件はかなり安全で、この反応、プロセス化学、クリゾチニブ、アリール臭化物、ホウ酸エステルからの肺癌治療薬の合成のように広く使用されています。

タキソールは、抗がん性も天然物は、 Taxus brevifolia太平洋イチイの樹皮で発見されました。残念ながら、純粋な化合物のわずか 10 グラムは、樹皮の 1.2 トンあたり収集できます。診療所に必要なタキソールの量、効率的な化学合成の開発が必要し、カップリング反応分子内ヘックは、その大規模な生産に尽力しました。

パラジウム触媒を用いたクロス カップリング反応のゼウスの概要を見てきただけ。今、それらの背後にある原理を理解する必要があります実験、およびその使用方法のいくつかを実行する方法。見てくれてありがとう!

Results

製品フォロー 1H NMR スペクトルを持つ固体である必要があります: 1H NMR (400 MHz、DMSO d6): δ (ppm) 2.60 (s, 3 H)、6.67 (d、J = 16.0 Hz、1 H)、7.65 (d、J = 16.0 Hz、1 H)。7.83 (d、J = 8.4 Hz、2 H)。7.97 (d、J = 8.4 Hz、2 H)。

Applications and Summary

これらの Pd 触媒を用いたクロス カップリング反応は分子は、学術および産業設定で合成される方法を変更しました。この技術の影響は、化学者が医薬品、農業薬品、材料の複雑な構造を構築する方法で見ることができます。パラジウム触媒クロス カップリング、を超えて遷移金属触媒が変更された (および変更を続行) 合成化学分子を準備方法は、彼らの潜在的な治療上の使用を通じて社会に影響を持つことができます。

病気の治療のための興味の多くの分子はある芳香族または芳香リングを接続するリンクです。パラジウム カップリング反応、鈴木反応のようなクロスは、これらのタイプの構造を作るため製薬業界で普及を発見しました。たとえば、鈴木カップリングを用いたいくつかのキロ スケールのクリゾチニブ (Xalkori)、非小細胞肺癌の治療に抗がん剤を合成します。

Figure 3
図 3: クリゾチニブ (Xalkori)、抗悪性腫瘍薬。

パラジウム クロス カップリングはタキソール (抗がん剤)、バレニクリン (禁煙薬)、高性能電子樹脂の前駆体の合成にも適用されています。

Figure 2
図 4: タキソール (抗がん剤)、バレニクリン (禁煙薬) と高性能電子樹脂の前駆体。

Image 1

  1. 4-iodoacetophenone (246 mg、1 相当、1 モル)、アクリル酸 (100 μ L、1.5 の同等物の 1.5 モル)、炭酸ナトリウム (Na2CO3, 318 mg、3 の同等物の 3 モル)、PdCl2 (2 mg、0.01 同等、0.01 モル) を追加し、水 (5 mL、0.2 M)、丸底フラスコ (~ 20 mL) 電磁攪拌棒を装備。
  2. およそ 100 ° C への反応を熱し、4-iodoacetophenone (約 1 h) の完全な消費になるまでかき混ぜます。
    1. 反応は、TLC によって監視できます。
  3. 完了後室温に反応混合物を冷却します。
  4. 1 M 水溶液 HCl と反応混合物を酸性化 〜 1 の pH。
    1. 反応混合物の pH は、リトマス試験紙でチェックできます。
    2. 固体が沈殿する必要があります。
  5. ろ過を介して固体を収集します。
  6. メタノール/水の 1:1 の混合物を使用して再結晶による粗製物質を浄化します。

パラジウム触媒クロス カップリング反応は、新しい炭素-炭素結合を作成するための貴重なツールです。

その開発が複雑有機物炭化水素の断片から構築する化学者を有効に、罰金化学および医薬品工業での使用と広くなっています。

2010 ノーベル化学賞の対象たち有機化学への影響はとても深いです。

このビデオは、パラジウム触媒クロス カップリング反応の原則だけでなく、研究室では、技術の実証を示しています。

通常、通常、organohalide、有機金属化合物を求核剤に求核剤の付加を容易にする使用はパラジウム触媒反応のこれらのタイプは、

0 価パラジウム種は、新しい炭素-炭素結合を形成する求核剤と反応し、organopalladium 2 種を形成する酸化的付加による organohalide と反応します。

一体結合を除いて、これらの反応のすべての同じメカニズムに従って: 次の organopalladium 2 種を形成する有機金属求核剤と transmetallation ステップが発生すると、2 つの新しい種を形成する酸化的付加炭素パラジウム債券です。最後に、新しい炭素-炭素結合を作成し、求核剤と求電子剤の別のカップルを続行できますゼロの触媒パラジウムを再生成する還元除去が発生します。

ヘック カップリング反応、以前カップリング反応、transmetallation ステップとは対照的に 2 種が同様に形成される organopalladium パラジウム 2 種が、オレフィンとの複合体を形作る調整手順が発生します。次の調整ステップ carbopalladation に新しい炭素-炭素及び炭素パラジウムの結合を生成するため発生します。次に、ベータ水素脱離は、ゼロをパラジウム触媒を再生成する還元除去を受ける目的の置換オレフィンとパラジウム 2 水素化物の種を生成します。

今では我々 は、パラジウム触媒クロス カップリング反応の原則を議論して、典型的な一体カップリング法を見てみましょう。

Α, β-不飽和カルボン酸の合成、4 iodoacetophenone とアクリル酸パラジウム触媒の存在下に反応はします。アセトフェノン、アクリル酸、塩化パラジウム 2 20 mL 丸底フラスコを記入することによって開始し、5 mL の水で希釈します。ゼロ、パラジウム触媒を減らすために炭酸ナトリウムを追加し、混合のための磁気攪拌棒を追加

フラスコに試薬を追加した後、内容をかき混ぜるし、逆流する反応を熱

薄層クロマトグラフィーまたは TLC、アセトフェノンの完全な消費の確保による反応の進行状況を監視します。

反応が完了したら、フラスコを加熱源から外し、この部屋の温度に冷却する混合物を許可します。

混合物が冷却すると、ph 1 リトマス試験紙、pH モニタリング 1 モル水溶液の HCl で酸性化し、カップリング製品ソリューションから沈殿する必要があります。

混合物が酸性化して、中味を Büchner 漏斗フィルター紙で覆われている上に、真空濾過により固体を収集します。

カップリング製品の構造を確認するには、2 mg 0.5 mL の DMSO d6 に乾燥材を溶かすし、NMR による分析します。

実験手順の例を見ている、パラジウム触媒クロス カップリング反応のいくつかの有用なアプリケーションをみましょう。

医薬品化合物の製造の主要な要件は、最小限の毒性と可燃性、プロセスの最大の安定性です。鈴木カップリング反応の条件はかなり安全で、この反応、プロセス化学、クリゾチニブ、アリール臭化物、ホウ酸エステルからの肺癌治療薬の合成のように広く使用されています。

タキソールは、抗がん性も天然物は、 Taxus brevifolia太平洋イチイの樹皮で発見されました。残念ながら、純粋な化合物のわずか 10 グラムは、樹皮の 1.2 トンあたり収集できます。診療所に必要なタキソールの量、効率的な化学合成の開発が必要し、カップリング反応分子内ヘックは、その大規模な生産に尽力しました。

パラジウム触媒を用いたクロス カップリング反応のゼウスの概要を見てきただけ。今、それらの背後にある原理を理解する必要があります実験、およびその使用方法のいくつかを実行する方法。見てくれてありがとう!

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