Из трех рассмотренных химических процессов широко используют реакцию Сузуки, которую обычно называют реакцией Сузуки-Мияуры, в честь Н. Мияуры, члена исследовательской группы А. Сузуки.
Рисунок 1. А. Сузуки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В 1979 А. Сузуки и соавторы опубликовали две статьи, где показали, что борорганические соединения можно использовать как нуклеофильные компоненты в палладий-катализируемых реакциях кросс-сочетания с винилами и арилгалогенидами. Использование оснований для активации борорганических соединений способствует переносу органической группы от бора к палладию. Рост количества применений этой реакции связан в первую очередь с доступностью органилборановых кислот и их эфиров, получаемых с помощью реакций трансметаллирования или гидроборирования. Кроме того, они стабильны к действию влаги и кислорода воздуха. В то же время, проблемы, которые возникают в случае алкил- и алкинилборановых производных, решает внедрение в реакцию органилтрифтороборатов калия. Полученные соединения обнаружили исключительную устойчивость к нуклеофильным реагентам, а также к действию кислорода и влаги воздуха. Абсолютное большинство таких реагентов может сохраняться бесконечно долго в комнатной температуре без каких-либо мер.
Особенности реакции Сузуки
Рисунок 2. Реакция Сузуки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Реакция Сузуки лучше отработана для синтеза биарилов, однако новые катализаторы и синтетические методы значительно расширили область применения этой реакции. Как компоненты реакции Сузуки можно использовать не только арил-, но и алкил-, алкенил- и алкинилпроизводные. Вместо борановых кислот можно использовать производные 9-борабицикло [3.3.1] нонана ($BBN$), органотрифтороборатные соли или защищенные эфиры (в первую очередь пинаколаты, которые просто получаются в реакции Мияуры). Реакция также может проходить с псевдогалогенидами, такими как трифлаты (${CF_3SO_3}–$) или нонафлаты (${CF_3CF_2CF_2CF_2SO_3}–$). Реакционная способность субстратов падает в ряду $R_{2^-}I > R_{2^-}OTf > R_{2^-}Br >> R_{2^-}Cl$, причем в присутствии в любой компоненте атомов хлора, каплинг с использованием йодпроизводных проходит селективно. Фториды в реакции Судзуки не вступают. Реакция катализируется фосфиновыми или карбеновыми комплексами палладия (0).
Реакция широко применяется при синтезе полиолефинов, стиренов и биарилов. Реакцию впервые опубликовали в 1979 году Акира Судзуки и Норио Мияура. За открытие этой реакции Акира Судзуки в 2010 году получил Нобелевскую премию по химии.
Установлено, что реакция может протекать с использованием различных катализаторов, оснований, растворителей, причем их комбинации существенно влияют на выход и селективность. Так, самый распространенный катализатор - $[Pd(PPh_3)_4]$. Другие катализаторы получают, добавляя фосфиновые лиганды к палладиевому комплексу с дибензилиденацетоном. Как исходные соединения для получения катализаторов используют хлорид или ацетат палладия ($II$), которые восстанавливаются in situ в присутствии фосфиновых лигандов. Стоит отметить, что поиск оптимальных лигандов для палладиевого катализатора - одна из важных проблем, которая постоянно возникает перед исследователями. Профессор С. Бухвальд из Массачусетского технологического института 1998 предложил серию новых фосфиновых лигандов. Катализаторы Бухвальда относятся к электронодонорных объемных фосфинов на основе бифенила. Проводя подобные исследования, профессор Г. Фу определил объемный и электронодонорный лиганд - трис (трет-бутил) фосфин. Стабильность, нетоксичность, низкая нуклеофильность борорганических соединений, возможность использования реагентов с широким спектром функциональных групп, а также высокая хемоселективнисть способствовали широкому практическому применению этой реакции, особенно в фармацевтической индустрии.
Механизм реакций Негиси и Сузуки
В реакциях Негиси и Сузуки цинк- или борорганическое соединение соединяется с органическим галогенидом (трифлатом, тозилатом или диазасоединением) в присутствии каталитических количеств палладиевого комплекса. В результате образуется новая углерод-углеродная связь. Механизм этих реакций приведен на рисунке 1 и на первой стадии включает окислительное присоединение галогенида $R'X$ к $Pd$ (0) с образованием паладийорганического соединения. Поэтому (это называется трансметаллированием) происходит перенос органической группы $R$ от цинка или бора на палладий. Таким образом, обе органические группы связываются с палладием, образуя углерод-паладиевые связи. На заключительной стадии реакции группы $R$ и $R'$ соединяются с образованием новой простой $C-C$ связи. На этом этапе $Pd$ (II) восстанавливается до $Pd$ (0), что и дало название процессу - восстановительное элиминирование.
Рисунок 3. Механизм реакций Негиси и Сузуки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Применение палладий-катализируемых реакций кросс-сочетания
Потребность в сложных химических веществах, применяемых в медицине, сельском хозяйстве, электронной промышленности, все растет. Нобелевская премия по химии признала работы лауреатов палладий-катализируемые реакции кросс-сочетания инструментом, который может эффективно помогать удовлетворению этой потребности. Палладий-катализируемые реакции образования углерод-углеродной связи, разработанные Хэком, Негиси и Сузуки, имеют огромное влияние на синтетическую органическую химию. Их применяют в целенаправленном органическом синтезе, что в первую очередь обусловлено мягкими реакционными условиями и использованием реагентов с различными функциональными группами. Хотя множество типов реакций кросс-сочетания уже были давно открыты, в последнее время масштабы их практического применения существенно расширились. Сейчас их активно используют для синтеза природных соединений, новых материалов биоорганической химии, в промышленном производстве лекарств, агрохимикатов, полимеров.
К реакции Сузуки часто прибегают при поиске биоактивных соединений. Сегодня многие фармацевтические фирмы пользуются ею для получения библиотек химических соединений. Обладая набором борановых кислот и арилгалогенидов, можно быстро осуществить синтез различных библиотек химических соединений. Ведущие зарубежные химические фирмы $BASF$, $Clariant$, $FMC Lithium$, $Sigma-Aldrich$, $Strem Chemicals$ предлагают широкий набор органилборанових соединений.
В палладий-катализируемом кросс-сочетании арилгалогенидов и арилборных кислот образуются биарилы - структурные фрагменты природных продуктов и биологически активных соединений. Именно поэтому реакция Сузуки особенно полезна для синтеза полифункциональных биарильних систем, поскольку позволяет получать целевые объекты с полярными гидроксилирующими аминогруппами, не используя методик их временной защиты.
Среди коммерческих продуктов, полученных с использованием реакции Сузуки, следует отметить антигипертензивный препарат валсартан ($valsartan$) фирмы $Novartis$, фунгицид боскалид ($boscalid$) фирмы $BASF$, а также ряд мономеров для светоизлучающих полимеров «$Lumation$» фирмы $Dow Chemical$.
Рисунок 4. Химические формулы препаратов валсартан и боскалид. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
