การสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอน

การสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอนเป็นความท้าทายหลักในการสังเคราะห์ ซึ่งทำได้โดยการรวมคาร์บอนที่เป็นนิวคลีโอไฟล์เข้ากับคาร์บอนที่เป็นอิเล็กโทรไฟล์ผ่านวิธีการที่ใช้สารประกอบออร์แกโนเมทัลลิก อีโนเลต และตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะทรานซิชัน

Definition

การสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอนประกอบด้วยปฏิกิริยาที่เชื่อมต่อส่วนของคาร์บอนสองส่วนเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างคาร์บอนที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งเป็นกระบวนการสำคัญในการสร้างความซับซ้อนของโมเลกุล

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงรีเอเจนต์ออร์แกโนเมทัลลิก (การเติมสารประกอบกรินยาร์ดและออร์แกโนลิเทียม) แอลคิเลชันของอีโนเลตและเคมีของอัลดอล ปฏิกิริยาวิตติกและปฏิกิริยาโอเลฟิเนชันที่เกี่ยวข้อง และปฏิกิริยาครอสคัปปลิงที่เร่งปฏิกิริยาด้วยโลหะทรานซิชัน เช่น ปฏิกิริยาซูซูกิ เฮก และเนกิชิ

Core questions

• คาร์บอนนิวคลีโอไฟล์ถูกจับคู่กับคาร์บอนอิเล็กโทรไฟล์เพื่อสร้างพันธะใหม่ได้อย่างไร?
• รีเอเจนต์ออร์แกโนเมทัลลิกและอีโนเลตทำหน้าที่เป็นคาร์บอนนิวคลีโอไฟล์ได้อย่างไร?
• ปฏิกิริยาครอสคัปปลิงของโลหะทรานซิชันได้ขยายขอบเขตของการสร้างพันธะอย่างไร?

Key theories

คาร์บอนนิวคลีโอไฟล์แบบออร์แกโนเมทัลลิกและอีโนเลต

รีเอเจนต์กรินยาร์ด ออร์แกโนลิเทียม และโลหะอีโนเลตให้คาร์บอนนิวคลีโอไฟล์ที่เติมเข้ากับคาร์บอนิลและแอลคิลเฮไลด์ ก่อให้เกิดพันธะ C–C ใหม่ในปฏิกิริยาการเติมและแอลคิเลชัน

ปฏิกิริยาครอสคัปปลิงของโลหะทรานซิชัน

ปฏิกิริยาคัปปลิงที่เร่งปฏิกิริยาด้วยแพลเลเดียมและนิกเกิล (ซูซูกิ เฮก เนกิชิ) เชื่อมโยงออร์แกโนเฮไลด์กับคู่ค้าออร์แกโนเมทัลลิกหรือแอลคีนผ่านการเติมแบบออกซิเดทีฟ การทรานส์เมทัลเลชัน และการกำจัดแบบรีดักทีฟ ทำให้สามารถสร้างพันธะที่ทำได้ยากด้วยวิธีแบบดั้งเดิม

Mechanisms

การสร้างพันธะแบบดั้งเดิมจับคู่คาร์บอนนิวคลีโอไฟล์ (ออร์แกโนเมทัลลิก อีโนเลต อิลิด) กับคาร์บอนอิเล็กโทรไฟล์ (คาร์บอนิล แอลคิลเฮไลด์) ปฏิกิริยาวิตติกเชื่อมโยงฟอสฟอรัสอิลิดกับอัลดีไฮด์เพื่อให้ได้แอลคีน ปฏิกิริยาครอสคัปปลิงหมุนเวียนตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะทรานซิชันผ่านการเติมแบบออกซิเดทีฟ (oxidative addition) เข้าสู่พันธะ C–X การทรานส์เมทัลเลชัน (transmetalation) กับคู่ค้าออร์แกโนเมทัลลิก และการกำจัดแบบรีดักทีฟ (reductive elimination) เพื่อสร้างพันธะ C–C ใหม่

Clinical relevance

ปฏิกิริยาการสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอน โดยเฉพาะปฏิกิริยาครอสคัปปลิงที่เร่งปฏิกิริยาด้วยแพลเลเดียม เป็นกลไกสำคัญในการผลิตยา โดยใช้ในการประกอบโครงสร้างไบอาริลและโครงสร้างที่ซับซ้อนของยาแผนปัจจุบันหลายชนิด ความสำคัญของปฏิกิริยาเหล่านี้ได้รับการยอมรับจากรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2010

History

ตั้งแต่รีเอเจนต์ออร์แกโนแมกนีเซียมของกรินยาร์ด (ค.ศ. 1900) และปฏิกิริยาโอเลฟิเนชันของวิตติก (ทศวรรษ 1950) ไปจนถึงปฏิกิริยาครอสคัปปลิงที่เร่งปฏิกิริยาด้วยแพลเลเดียมซึ่งพัฒนาโดยเฮก ซูซูกิ และเนกิชิ ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 การสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอนได้มีการเปลี่ยนแปลงและได้รับเกียรติด้วยรางวัลโนเบลหลายครั้ง

Key figures

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

Seminal works

• careysundberg2007b
• warrenwyatt2008

Frequently asked questions

เหตุใดรีเอเจนต์กรินยาร์ดจึงมีประโยชน์มาก?

รีเอเจนต์กรินยาร์ดให้คาร์บอนที่เป็นนิวคลีโอไฟล์อย่างแรง ซึ่งเป็นคาร์บอนไอออนลบโดยนัย ที่สามารถเติมเข้ากับอิเล็กโทรไฟล์คาร์บอนิลได้หลากหลาย ทำให้เป็นวิธีที่หลากหลายและทั่วไปในการสร้างโครงสร้างคาร์บอนและติดตั้งหมู่ฟังก์ชันใหม่

อะไรที่ทำให้ปฏิกิริยาครอสคัปปลิงมีความพิเศษ?

ปฏิกิริยาครอสคัปปลิงของโลหะทรานซิชันสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอนระหว่างคู่ค้าที่โดยปกติแล้วไม่ทำปฏิกิริยาต่อกัน สามารถทนต่อหมู่ฟังก์ชันได้หลายชนิด และเชื่อมโยงส่วนของอะโรมาติกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นความสามารถที่ปฏิวัติการสังเคราะห์ยาและวัสดุ