Образование углерод-углеродной связи

Образование углерод-углеродных связей является центральной задачей синтеза, достигаемой путем объединения нуклеофильного атома углерода с электрофильным атомом углерода посредством металлоорганических, енолятных и катализируемых переходными металлами методов.

Definition

Образование углерод-углеродной связи включает реакции, которые объединяют два углеродных фрагмента в более крупный углеродный скелет, что является основной операцией, посредством которой создается молекулярная сложность.

Scope

Эта тема охватывает металлоорганические реагенты (реакции Гриньяра и присоединение литийорганических соединений), алкилирование енолятов и альдольную химию, реакции Виттига и родственные реакции олефинирования, а также катализируемые переходными металлами реакции кросс-сочетания, такие как реакции Сузуки, Хека и Негиши.

Core questions

• Как нуклеофильный углерод сочетается с электрофильным углеродом для образования новой связи?
• Как металлоорганические реагенты и еноляты выступают в качестве углеродных нуклеофилов?
• Как кросс-сочетания с переходными металлами расширили возможности образования связей?

Key theories

Металлоорганические и енолятные углеродные нуклеофилы

Реагенты Гриньяра, литийорганические соединения и еноляты металлов поставляют нуклеофильный углерод, который присоединяется к карбонильным соединениям и алкилгалогенидам, образуя новые связи C–C в реакциях присоединения и алкилирования.

Кросс-сочетание с переходными металлами

Катализируемые палладием и никелем реакции сочетания (Сузуки, Хека, Негиши) объединяют органические галогениды с металлоорганическими или алкеновыми партнерами посредством окислительного присоединения, трансметаллирования и восстановительного элиминирования, что позволяет образовывать связи, труднодоступные классическими методами.

Mechanisms

Классическое образование связи предполагает взаимодействие углеродного нуклеофила (металлоорганическое соединение, енолят, илид) с углеродным электрофилом (карбонильное соединение, алкилгалогенид). Реакция Виттига сочетает фосфорный илид с альдегидом для получения алкена. Кросс-сочетания включают цикл катализатора переходного металла через окислительное присоединение к связи C–X, трансметаллирование с металлоорганическим партнером и восстановительное элиминирование для образования новой связи C–C.

Clinical relevance

Реакции образования углерод-углеродных связей, особенно катализируемые палладием реакции кросс-сочетания, являются основными методами в фармацевтическом производстве, позволяя собирать биарильные и сложные каркасы многих современных лекарств; их важность была признана Нобелевской премией по химии 2010 года.

History

От металлоорганических реагентов Гриньяра (1900) и олефинирования Виттига (1950-е годы) до катализируемых палладием реакций кросс-сочетания, разработанных Хеком, Сузуки и Негиши с 1970-х годов, образование углерод-углеродных связей неоднократно трансформировалось и было отмечено многочисленными Нобелевскими премиями.

Key figures

• Victor Grignard
• Georg Wittig
• Richard Heck
• Akira Suzuki
• Ei-ichi Negishi

Seminal works

• careysundberg2007b
• warrenwyatt2008

Frequently asked questions

Почему реагенты Гриньяра так полезны?

Реагенты Гриньяра предоставляют сильно нуклеофильный, формально карбанионный углерод, который присоединяется к широкому спектру карбонильных электрофилов, что делает их универсальным и общим способом построения углеродных скелетов и введения новых функциональных групп.

Что делает реакции кросс-сочетания особенными?

Кросс-сочетания с переходными металлами образуют углерод-углеродные связи между партнерами, которые в противном случае нереакционноспособны друг к другу, толерантны ко многим функциональным группам и эффективно соединяют ароматические фрагменты — возможности, которые произвели революцию в синтезе фармацевтических препаратов и материалов.