Cudžiova–Trostova reakce

Cudžiova–Trostova reakce(také nazývanáTrostova allylová alkylaceneboallylová alkylace) jeorganickásubstitučníreakce,katalyzovanápalladiem, do níž vstupují sloučeniny obsahujícíodstupující skupinynavázány naallyly. Palladiový katalyzátor se nejprve koordinuje s allylovou skupinou a následně vstupuje dooxidační adice, čímž se vytvoří π-allylový komplex. Tentokomplexje následně atakovánnukleofilem, čímž vznikne substituovaný produkt.
Tuto reakci objevilDžiró Cudživ roce 1965,roku 1973 do níBarry Trostzavedlfosfinovéligandy.
Substráty využitelné při této reakci bylynoho různých odstupujících skupin, fosforových, dusíkatých a sirnýchligandůi na nejrůznější jiné kovy (i když se stále nejvíce používá palladium).
Zavedení fosfinových ligandů vedlo ke zlepšení reaktivity a objevuasymetrickýchallylových alkylací. Řada těchto postupů souvisí s objevemchirálníchligandů, pomocí kterých lze často dosáhnout vysokéenantioselektivityadiastereoselektivityza mírných podmínek. Tyto změny výrazně rozšířily využitelnost reakce. Možnosti tvorby vazeb uhlík–uhlík, uhlík–dusík a uhlík–kyslík za takovýchto podmínek způsobily, že je Cudžiova–Trostova reakce často používaná v lékařské chemii a při syntézách přírodních látek.
V roce 1962 popsal J. Smidt oxidacealkenůnakarbonylové sloučeninykatalyzované palladiem. Zjistil, že palladnatý katalyzátor aktivuje alken pro nukleofilní atakhydroxidu.Džiró Cudži poté navrhl, že podobná aktivace by mohla být využita k vytváření nových vazeb uhlík–uhlík.
V roce 1965 Cudži tuto domněnku potvrdil. Reakcídimeruallylpalladiumchloridu se sodnou solídiethylmalonátuvznikalasměsmonoalkylovanéhoa dialkylovaného produktu.
Možnosti reakce se nejprve rozšiřovaly pomalu, dokud Barry M. Trost nedosáhl roku 1973 dalšího významného objevu. Při pokusu o přípravu acyklických homologů seskviterpenů narazil na potíže, kdy nebyl schopen alkylovat získané substráty. Tyto potíže byly vyřešeny přidánímtrifenylfosfinudo reakční směsi.
Tyto podmínky byly otestovány i na dalších substrátech, přičemž některé reakce probíhaly „za pokojové teploty okamžitě“. Následně zjistil i to, jak se dají tyto ligandy použít k asymetrické syntéze.Následně se rozběhl další výzkum allylové alkylace , jenž vedl k dnešní významnosti této reakce.
Při použití sloučenin Pda substrátů obsahujících odstupující skupiny v allylových pozicích Cudžiova–Trostova reakce má následujícíkatalytický cyklus:
Nejprve se palladium koordinuje na alken za vznikuη2l-Pdpí komplexu. Následujeoxidační adice, při níž nastane oddělení odstupující skupiny ainverze konfiguraceza tvorby η3 π-allyl-Pdpí komplexu. Nukleofil se poté naváže na allylovou skupinu, čímž dojde k obnovení η2 π-allyl-Pdkomplexu. Cyklus je dokončen odštěpením palladia z alkenu, čímž se obnoví katalyzátor.
Používané nukleofily se obvykle připravují z prekurzorů (pronukleofilů) před samotným použitím, a todeprotonacízásadou.Tyto nukleofily se dále dělí na „tvrdé“ a „měkké“ na základěpKapříslušných konjugovaných kyselin. „Tvrdé“ nukleofily mají obvykle konjugované kyseliny s pKavyššími než 25, zatímco u „měkkých“ nukleofilů bývají tyto hodnoty nižší než 25.
Dělení nukleofilů na tvrdé a měkké má význam, protože má vliv nastereoselektivituproduktu. „Měkké“ nukleofily obracejí stereochemii π-allylového komplexu. Tato inverze společně s inverzí stereochemie při oxidační adici palladia vyústí v zachování stereochemie. Při použití „tvrdých“ nukleofilů se stereochemie π-allylového komplexu zachovává a ve výsledku dochází k inverzi stereochemie.
Tuto vlastnost lze vysvětlit mechanismy nukleofilního ataku. „Měkké“ nukleofily atakují uhlík allylové skupiny, zatímco „tvrdé“ atakují kovové centrum s následnou redukční eliminací.
Fosfinové lkigandy, napříkladtrifenylfosfinneboTrostův ligand, rozšiřují možnosti Cudžiovy–Trostovy reakce. Mohou pozměňovat vlastnosti palladiových katalyzátorů, napříkladsterickéa elektronové. Také mohou zavádět chiralitu do výsledného produktu, což umožňuje enantioselektivní provedení reakce.
Enantioselektivní Cudžiovy–Trostovy reakce (Trostovy asymetrické allylové alkylace nebo asymetrické allylové alkylace). Jsou často využívané při asymetrických syntézách.Reakce byla původně vyvinuta pro palladiový katalyzátor navázaný na Trostův ligand, spektrum vhodných reakčních podmínek se však značně rozšířilo.
Enantioselektivitu lze zavést v kterékoliv části procesu kromě dekomplexace palladia z alkenu, protožestereocentrumje již v daném místě nastaveno. Bylo vyvinuto pět hlavních postupů využití těchto možností a provedení enantioselektivní reakce:
Nejvhodnější postup závisí hlavně na použitém substrátu, v některých případech lze použít více těchto metod.
Při Cudžiových–Trostových reakcích lze s dobrými výsledky použít mnoho různých nukleofilů. K nejčasějším patří esterykyseliny malonové,enoláty,primárníalkoxidy,karboxyláty,fenoxidy,aminy,azidy,sulfonamidy,imidyasulfony.
I spektrum možných odstupujících skupin je široké, nejvíce se využívají esterykyseliny uhličité,fenoly,organofosfáty,organohalogenidya karboxyláty.
Rozsah použitelných měkkých nukleofilů lze rozšířit na pronukleofily s pKamnohem vyššími než ~ 25. Některé z nich mají pKaokolo 32,existují však ještě zásaditější pronukleofily (pKa~ 44), které mohou po přidáníLewisovy kyselinyusnadnit deprotonaci.Upravené rozmezí pKaměkkých nukleofilů je významné tím, že tyto nukleofily byly po delší dobu jedinými známýmipoužitelnými nukleofily(i když byly známy neenantioselektivní reakce tvrdých nukleofilů). Rozšířením záběru využitelných měkkých nukleofilů bylo možné tyto substráty zapojit do enantioselektivních reakcí využívajících dobře popsané postupy.
Za účelem vylepšení reaktivity trifenylfosfinových ligandů pro allylové alkylace se jejich struktury brzy staly složitějšími. Ligandy mohou obsahovat atomy fosforu, síry či dusíku, i jejich kombinace, většina studií se však zaměřila na monofosfinové a difosfinové; ty lze dále dělit podle druhu jejich chirality, přičemž některé ligandy obsahují centrální chiralitu na atomech fosforu nebo uhlíku, zatímco další mají biarylovéaxiálnía jinérovinné chirality.
Difosfiny s centrální chiralitou zahrnují například Trostův ligand.
Fosfinooxazolinovéligandy se nejlépe uplatňují při reakcích uhlíkatých nukleofilů.
Jako substráty allylových alkylací mohou být rovněž použityalleny. Při následujícím rozšiřování kruhu byl také využitWagnerův–Meerweinův přesmyk:Kokatalyzátory bylykyselina benzoováatriethylamin. Hydrolýze zabraňovalomolekulární síto.
Možnost vytvářet pomocí Cudžiových–Trostových reakcí vazby uhlík–uhlík, uhlík–dusík a uhlík–kyslík enantioselektivně za mírných podmínek způsobuje, že jsou reakce běžnými součástmi příprav složitějších molekul.
Jako příklad lze uvést přípravu meziproduktu kombinované totální syntézygalantaminuamorfinuza použití 1molárního procenta(mol %) dimeru [pi-allylpalladium chloridu], 3 mol % (S,S)- Trostova ligandu atriethylaminuvdichlormethanujako rozpouštědlu za pokojové teploty. Dochází přitom ke tvorbě (−)-enantiomeru aryletheru svýtěžností72 % a 88%enantiomerním přebytkem.
Jiná Cudžiova–Trostova reakce je součástí prvních kroků přípravy (−)-neothiobinufaridinu. Tímto se ukazuje možnost použití uvedené reakce k získání vysoce diastereoselektivních (10:1) a enantioselektivních (97.5:2.5) produktů z nechirálních výchozích látek s použitím velmi malého množství katalyzátoru, okolo 1mol %.
Mimo lékařskou chemii a přípravu přírodních látek lze Cudžiovu–Trostovu reakci také použít k důkazu přítomnosti palladia. Detekční soustava se skládá znefluorescenčníhosenzoru odvozeného odfluoresceinu(byly také vyvinuty senzory pro delší vlnové délky), který fluoreskuje pouze za přítomnosti palladia nebo platiny.
Tato citlivost na palladium či platinu je založena na Cudžiově–Trostově reakci. Senzor obsahuje allylovou skupinu a fluorescein sloužící jako odstupující skupina. Vzniká π-allylový komplex a po ataku nukleofilu se uvolní fluorescein, což vede k prudkému nárůstu intenzity fluorescence.
Tento jednoduchý způsob detekce palladia pomocí fluorescence se osvědčil při zkoumání obsahu palladia v rudách kovů,lécíchi živých buňkách.
S rostoucím používáním reakcí katalyzovaných palladiem se tato rychlá detekce stala velmi vhodnou k omezení znečištění léků a životního prostředí palladiem a platinou.
V tomto článku byl použitpřekladtextu z článkuTsuji–Trost reactionna anglické Wikipedii.