교차 결합 반응

유기화학에서 교차 결합 반응()은 두 개의 다른 단편이 결합하는 화학 반응이다. 교차 결합은 더 일반적인 짝지음 반응의 하위 집합이다. 종종 교차 결합 반응은 금속 촉매를 필요로 한다. 한 가지 중요한 반응 유형은 다음과 같다.
R-M + R'X -> R-R' + MX
R, R' = 유기 단편, 보통 아릴;
M = Li 또는 Mg와 같은 주요 그룹 중심;
X = 할로젠화물

이러한 반응은 탄소-탄소 결합을 형성하는 데 사용될 뿐만 아니라 탄소-헤테로원자 결합을 형성하는 데도 사용된다.New Trends in Cross-Coupling: Theory and Applications Thomas Colacot (Editor) 2014  교차 결합 반응은 짝지음 반응의 하위 집합이다.

리처드 F. 헥, 네기시 에이이치, 그리고 스즈키 아키라는 팔라듐 촉매 짝지음 반응 개발로 2010년 노벨 화학상을 수상했다.

 반응 과정 
금속 촉매를 필요로 하지 않는 반응을 포함하여 다양한 유형의 교차 결합을 반영하는 많은 반응 과정이 존재한다. 그러나 종종 교차 결합은 친핵성 파트너와 친전자성 파트너의 금속 촉매 반응을 의미한다.
class=skin-invert-image|380px|center|섬네일|쿠마다 커플링에 대해 제안된 메커니즘 (L = 리간드, Ar = 아릴).
이러한 경우, 반응 과정은 일반적으로 LnMR(R') (L = 관중 리간드)로부터 R-R'의 환원적 제거를 포함한다. 이 중간체 LnMR(R')는 낮은 원자가 전구체 LnM으로부터 2단계 과정으로 형성된다. 유기 할로젠화물(RX)의 LnM에 대한 산화성 첨가는 LnMR(X)를 생성한다. 이어서 두 번째 파트너는 R'−의 공급원과 전이 금속화를 거친다. 마지막 단계는 두 개의 짝지음 조각의 환원적 제거이며, 이는 촉매를 재생성하고 유기 생성물을 생성한다. C(sp)−X 및 C(sp2)−X 결합과 같은 불포화 기질은 부분적으로 촉매에 쉽게 첨가되기 때문에 더 쉽게 짝지어진다.

 촉매 
class=skin-invert-image|섬네일|320 px|center|소노가시라 커플링에 대해 제안된 메커니즘.

촉매는 종종 팔라듐을 기반으로 하는데, 이는 높은 작용기 내성으로 인해 자주 선택된다. 유기 팔라듐 화합물은 일반적으로 물과 공기에 대해 안정적이다. 팔라듐 촉매는 중금속에 대한 광범위한 규제를 직면하고 있는 제약 산업에 문제가 될 수 있다. 많은 제약 화학자들은 제품 내 금속 흔적을 최소화하기 위해 생산 초기에 짝지음 반응을 사용하려고 한다. Pd 기반의 불균일 촉매도 잘 개발되어 있다.

구리 기반 촉매도 흔하며, 특히 헤테로원자-탄소 결합을 포함하는 짝지음 반응에 사용된다.

철-, 코발트-, 니켈 기반 촉매도 연구되었다.

 이탈기 
유기 파트너의 이탈기 X는 일반적으로 할로젠화물이지만, 트라이플레이트, 토실레이트, 피발레이트 에스터 및 기타 유사할로젠화물이 사용되었다. 염화물은 유기염소 화합물의 저렴한 비용 때문에 이상적인 그룹이다. 그러나 종종 C-Cl 결합은 너무 불활성하여 허용 가능한 반응 속도를 위해 브로민화물 또는 아이오딘화물 이탈기가 필요하다. 유기금속 파트너의 주족 금속은 일반적으로 주석 (원소), 아연, 규소 또는 붕소와 같은 전기양성 원소이다.

 탄소–탄소 교차 결합 
많은 교차 결합은 탄소-탄소 결합 형성을 포함한다.

반응년도반응물 A반응물 B촉매비고카디오-초드키에비츠 반응1957RC≡CHspRC≡CXspCu염기 필요카스트로-스테판스 반응1963RC≡CHspAr-X  sp2Cu코리–하우스 합성1967R2CuLi 또는 RMgX sp3R-Xsp2, sp3 Cu1971년 제이 코치에 의한 구리 촉매 버전구마다 반응1972RMgBrsp2, sp3R-X  sp2Pd 또는 Ni 또는 Fe헥 반응1972알켄sp2Ar-X  sp2Pd 또는 Ni염기 필요소노가시라 반응1975ArC≡CHspR-X sp3 sp2Pd 및 Cu염기 필요네기시 반응1977R-Zn-Xsp3, sp2, spR-X sp3 sp2Pd 또는 Ni스틸 커플링1978R-SnR3sp3, sp2, spR-X sp3 sp2Pd 또는 Ni스즈키-미야우라 반응1979R-B(OR)2sp2R-X sp3 sp2Pd 또는 Ni염기 필요무라하시 반응1979R-Lisp2, sp3R-Xsp2Pd 또는 Ru히야마 반응1988R-SiR3sp2R-X sp3 sp2Pd염기 필요후쿠야마 반응1998R-Zn-Isp3RCO(SEt)sp2Pd 또는 Ni리베스킨드-스로글 커플링 참조, 케톤 생성리베스킨드-스로글 반응2000R-B(OR)2sp3, sp2RCO(SEt) Ar-SMesp2Pd CuTC 필요, 케톤 생성교차 탈수소 반응2004R-Hsp, sp2, sp3R'-H sp, sp2, sp3Cu, Fe, Pd 등산화제 또는 탈수소 필요탈카복실화 교차 결합2000년대R-CO2Hsp2R'-Xsp, sp2Cu, Pd염기가 거의 또는 전혀 필요 없음

탄소 원자 기하학에 대한 제약은 촉매와 착화될 때 주로 β-수소화물 제거를 억제한다.Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S. Organic Chemistry, 2nd ed.; Oxford UP: Oxford, U.K., 2012. pp. 1069-1102.

 탄소–헤테로원자 결합 
많은 교차 결합은 탄소-헤테로원자 (헤테로원자 = S, N, O) 결합 형성을 포함한다. 인기 있는 방법은 부흐발트-하트위그 반응이다.

반응년도반응물 A반응물 B촉매비고울만형 반응1905ArO-MM, ArNH2,RS-M,NC-Msp3Ar-X (X = OAr, N(H)Ar, SR, CN)  sp2Cu부흐발트-하트위그 반응1994R2N-H sp3R-Xsp2Pd N-C 커플링,2세대 자유 아민찬–람 반응1998Ar-B(OR)2sp2Ar-NH2  sp2Cu

 기타 반응 
팔라듐은 할로젠화 아렌과 플루오린화 아렌의 교차 결합을 촉매한다. 이 과정은 C–H 기능화를 통해 전자가 부족한 아렌에서 일어난다는 점에서 특이하다.

 응용 
교차 결합 반응은 몬테루카스트, 엘레트립탄, 나프록센, 바레니클린, 그리고 레스베라트롤과 같은 의약품 생산에 중요하다. 스즈키-미야우라 반응이 가장 널리 사용된다. 일부 중합체와 단량체도 이러한 방식으로 제조된다.Hartwig, J. F. Organotransition Metal Chemistry, from Bonding to Catalysis; University Science Books: New York, 2010. 

 문헌 

 각주 

분류:유기금속화학
분류:탄소-탄소 결합 형성 반응
분류:촉매 반응
분류:짝지음 반응