Acoplamiento cruzado catalizado por paladio

Fuente: Vy M. Dong y Faben Cruz, Departamento de química, Universidad de California, Irvine, CA

Este experimento demuestra el concepto de un acoplamiento cruzado catalizado por paladio. Se ilustrará la puesta en marcha de una reacción de acoplamiento cruzado catalizado por paladio típico. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio han tenido un profundo efecto en químicos sintéticos cómo crear las moléculas. Estas reacciones han permitido químicos para la construcción de vínculos en formas nuevas y más eficientes. Tales reacciones han encontrado aplicaciones generalizados en las industrias química y farmacéuticas finas. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio añadir otra herramienta a la caja de herramientas de la farmacia para la construcción de bonos de carbono, que son esenciales para la química orgánica. La combinación de la importancia de hacer bonos de carbono y el impacto de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio han resultado de estas reacciones está el tema del Premio Nobel 2010 en química. EI-ichi Negishi, uno de los receptores del Premio Nobel 2010 en química, explicó en su conferencia Nobel que una de sus motivaciones para el desarrollo de esta química fue "ampliamente aplicable simple Lego-como métodos para conectar dos diferentes grupos orgánicos".

Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio consisten de un electrófilo (típicamente un organohalide), un nucleófilo (típicamente un compuesto organometálicos o un alqueno) y un catalizador de paladio. Independientemente del electrófilo o nucleófilo utilizado, todos acoplamientos cruzados catalizado por paladio se basan en el catalizador de paladio para activar y combinar a ambos socios. En términos generales, una especie de Pd(0) reacciona con el organohalide vía una adición oxidativa para formar una especie de organopalladium (RPdX). Esta especie de organopalladium reacciona entonces con el socio nucleofílico para generar una nueva especie de organopalladium y finalmente construir un nuevo enlace carbono-carbono. Dependiendo de la pareja nucleofílica, el acoplamiento cruzado catalizado por paladio se da un nombre específico (ver tabla 1 más abajo).

Tabla 1: Lista de nombres de la reacción de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio y sus socios nucleófila.

Existen dos mecanismos generales asociados con estos catalizador de Pd cruzan acoplamientos. Uno para la reacción de Heck y uno para el otro cruzan reacciones de acoplamiento. En general, la reacción de Heck parejas un alqueno con un organohalide para generar una olefina ahora más sustituido (figura 1). El primer paso de una reacción de Heck es lo mismo que todos los otros acoplamientos cruzados catalizado por paladio. Para empezar, adición oxidativa se produce entre el Pd (0)-catalizador y el organohalide para generar una especie de organopalladium(II). A continuación, las coordenadas de la olefina a este recién forman especies de organopalladium(II). Después de la coordinación de olefina, carbopalladation ocurre para generar un nuevo enlace carbono-carbono y carbono-paladio. A continuación, se produce eliminación de beta-hidruro generar un Pd (II)-hidruro especies y el producto de olefina. Por último, reductor eliminación de HX regenera el Pd (0)-catalizador, que puede seguir el acoplamiento a otra molécula de organohalide y olefinas.

Figura 1: La reacción de Heck parejas un alqueno con un organohalide para generar una olefina ahora más sustituido.

Para el restante Cruz reacciones de acoplamiento, el mecanismo es el siguiente (figura 2). Adición oxidative entre el organohalide y Pd(0) resultados de catalizador en la formación de una especie de organopalladium(II). Esta especie de organopalladium(II) reacciona con el compuesto organometálicos nucleófila en un paso llamado reductora para generar una especie de organopalladium(II) con dos bonos de carbono-paladio. Por último, eliminación reductora se produce crear un nuevo enlace carbono-carbono y regenerar el catalizador Pd(0).

Figura 2: Mecanismo para las restantes reacciones de acoplamiento cruzado.

1. Añadir 4-iodoacetophenone (246 mg, equivalente a 1, 1 mmol), ácido de acrílico (100 μL, equivalentes de 1,5, 1,5 mmol), carbonato de sodio (Na₂CO₃318 mg equivalentes de 3, 3 mmol), PdCl₂ (2 mg, 0,01 equivalentes, 0.01 mmol) y agua (5 mL, 0,2 M) a un ronda matraz de fondo (~ 20 mL) equipado con una barra de agitación magnética.
2. La reacción a aproximadamente 100 ° C de calor y revuelva hasta su consumo total de 4-iodoacetophenone (aproximadamente 1 hora).
   1. La reacción puede controlarse por el TLC.
3. Enfríe la mezcla de reacción a temperatura ambiente después de la terminación.
4. Acidificar la mezcla de reacción con HCl acuoso de 1 M a ~ pH de 1.
   1. El pH de la mezcla de reacción se puede comprobar con papel de tornasol.
   2. Debe precipitar un sólido.
5. Recoger el sólido por filtración.
6. Purificar el material crudo por recristalización utilizando una mezcla de 1:1 de metanol/agua.

El producto debe ser un sólido con el espectro de RMN de H seguimiento ¹: 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, 2H). 7.97 (d, J = 8,4 Hz, 2H).

Estas reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio han cambiado la forma de las moléculas son sintetizadas en entornos académicos e industriales. El impacto de esta tecnología puede verse en cómo químicos construcción estructuras complejas para productos farmacéuticos, productos químicos de la agricultura y los materiales. Más allá de acoplamientos cruzados catalizado por paladio, catálisis de metales de transición ha cambiado (y continúa para cambiar) la manera de químicos sintéticos prepararan moléculas que puede tener un impacto en la sociedad a través de su potencial uso terapéutico.

Muchas moléculas de interés para el tratamiento de las enfermedades tienen vínculos conectan anillos aromáticos y heteroaromáticos. Paladio Cruz acoplamiento de reacciones, como la reacción de Suzuki, han encontrado uso extenso en la industria farmacéutica para la fabricación de estos tipos de estructuras. Por ejemplo, Crizotinib (Xalkori), un fármaco contra el cáncer para el tratamiento de carcinoma de pulmón de células no pequeñas, se sintetiza en varios kilo-escala usando un acoplador de Suzuki.

Figura 3: Crizotinib (Xalkori), un fármaco contra el cáncer.

Paladio acoplamientos cruzados también se han aplicado a la síntesis de Taxol (un medicamento contra el cáncer), vareniclina (un fármaco contra el tabaquismo) y precursores de la electrónica resinas del alto rendimiento.

Figura 4: Taxol (un medicamento contra el cáncer) vareniclina (un fármaco contra el tabaquismo) y precursores de la electrónica resinas del alto rendimiento.