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有機化学において、クロスカップリング反応は、2 つの異なるフラグメントが結合する反応です。クロスカップリングは、より一般的なカップリング反応のサブセットです。多くの場合、クロスカップリング反応には金属触媒が必要です。重要な反応タイプの 1 つは次のとおりです。
これらの反応は炭素-炭素結合だけでなく炭素-ヘテロ原子結合の形成にも用いられる。 [1] [2] [3] [4]クロスカップリング反応はカップリング反応 のサブセットである。
リチャード・F・ヘック、根岸英一、鈴木章はパラジウム触媒カップリング反応の開発により2010年のノーベル化学賞を受賞した。 [5] [6]
機構
クロスカップリングにはさまざまな種類があり、金属触媒を必要としないものも含め、多くのメカニズムが存在します。[7] しかし、多くの場合、クロスカップリングは求核パートナーと求電子パートナーの金属触媒反応を指します。
このような場合、メカニズムには通常、 L n MR(R') (L =傍観者配位子)からの RR' の還元的脱離が含まれます。この中間体 L n MR(R') は、低原子価の前駆体 L n Mから 2 段階のプロセスで生成されます。有機ハロゲン化物(RX)をL n M に酸化的に付加すると、L n MR(X) が得られます。続いて、2 番目のパートナーがR' −の供給源と金属交換反応を起こします。最終段階では、2 つのカップリング フラグメントが還元的に脱離して触媒が再生され、有機生成物が得られます。C(sp)−X や C(sp 2 )−X 結合などの不飽和基質は、触媒に容易に付加されるため、より簡単にカップリングします。
触媒
触媒は多くの場合パラジウムをベースにしており、官能基許容度が高いためよく選ばれています。有機パラジウム化合物は一般に水や空気に対して安定しています。パラジウム触媒は、重金属に関する広範な規制に直面している製薬業界にとって問題となる可能性があります。多くの製薬化学者は、製品中の金属痕跡を最小限に抑えるために、生産の早い段階でカップリング反応を使用しようとします。[8] Pdベースの不均一触媒も十分に開発されています。 [9]
銅ベースの触媒も一般的であり、特にヘテロ原子-C結合を伴うカップリングによく使用されます。[10] [11]
鉄系[12]、コバルト系[13]、ニッケル系[14]触媒が研究されてきた。
グループを脱退する
有機パートナーの脱離基Xは通常ハロゲン化物であるが、トリフラート、トシルト、ピバレートエステル、およびその他の擬似ハロゲン化物も使用されている。[15]有機塩素化合物はコストが低いため、塩化物は理想的な基である。しかし、多くの場合、C–Cl結合は不活性すぎるため、許容できる速度を得るには臭化物またはヨウ化物の脱離基が必要になる。有機金属パートナーの主なグループ金属は、通常、スズ、亜鉛、ケイ素、ホウ素などの電気陽性元素である。
炭素-炭素クロスカップリング
多くのクロスカップリングでは炭素-炭素結合の形成が伴います。
炭素原子の形状の制約は主に触媒と錯体を形成した場合のβ-水素化物の除去を阻害する。 [17]
炭素-ヘテロ原子カップリング
多くのクロスカップリングでは、炭素-ヘテロ原子結合（ヘテロ原子 = S、N、O）の形成が伴います。よく使われる方法は、ブッフバルト-ハートヴィッヒ反応です。
その他の反応
パラジウム触媒は、ハロゲン化アリールとフッ素化アレーンとのクロスカップリング反応に用いられる。この反応は、電子不足のアレーンにおけるC-H官能基化を伴う点で珍しい。[20]
アプリケーション
クロスカップリング反応は医薬品の製造に重要であり、[4]モンテルカスト、エレトリプタン、ナプロキセン、バレニクリン、レスベラトロールなどがその例です 。[21]鈴木カップリングが最も広く使用されています。[22]一部のポリマーやモノマーもこの方法で製造されます。[23]
レビュー
- Fortman, George C.; Nolan, Steven P. (2011). 「均一系クロスカップリング触媒における N-ヘテロ環式カルベン (NHC) リガンドとパラジウム: 完璧な結合」.化学協会レビュー. 40 (10): 5151–69. doi :10.1039/c1cs15088j. PMID 21731956.
- Yin; Liebscher, Jürgen (2007). 「不均一パラジウム触媒による炭素−炭素カップリング反応」.化学レビュー. 107 (1): 133–173. doi :10.1021/cr0505674. PMID 17212474. S2CID 36974481.
- Jana, Ranjan; Pathak, Tejas P.; Sigman, Matthew S. (2011). 「アルキル有機金属を反応パートナーとして用いる遷移金属 (Pd,Ni,Fe) 触媒クロスカップリング反応の進歩」. Chemical Reviews . 111 (3): 1417–1492. doi :10.1021/cr100327p. PMC 3075866. PMID 21319862 .
- Molnár, Árpád (2011). 「炭素−炭素カップリング反応における効率的で選択的かつリサイクル可能なパラジウム触媒」。Chemical Reviews . 111 (3): 2251–2320. doi :10.1021/cr100355b. PMID 21391571.
- 宮浦 典夫;鈴木 章(1995). 「パラジウム触媒による有機ホウ素化合物のクロスカップリング反応」.化学レビュー. 95 (7): 2457–2483. CiteSeerX 10.1.1.735.7660 . doi :10.1021/cr00039a007.
- Roglans, Anna; Pla-Quintana, Anna; Moreno-Mañas, Marcial (2006). 「パラジウム触媒クロスカップリング反応の基質としてのジアゾニウム塩」。Chemical Reviews . 106 (11): 4622–4643. doi :10.1021/cr0509861. PMID 17091930. S2CID 8128630.
- Korch, Katerina M.; Watson , Donald A. (2019). 「ヘテロ原子求電子剤のクロスカップリング」。化学 レビュー。119 ( 13): 8192–8228。doi :10.1021/ acs.chemrev.8b00628。PMC 6620169。PMID 31184483。
- カイエズ、ジェラール;モユー、アルバン (2010)。 「コバルト触媒によるクロスカップリング反応」。化学レビュー。110 (3): 1435–1462。土井：10.1021/cr9000786。PMID 20148539。
- Yi, Hong; Zhang, Guoting; Wang, Huamin; Huang, Zhiyuan; Wang, Jue; Singh, Atul K.; Lei, Aiwen (2017). 「ラジカル C–H 活性化/ラジカルクロスカップリングの最近の進歩」。化学レビュー。117 ( 13 ): 9016–9085。doi :10.1021/acs.chemrev.6b00620。PMID 28639787 。
参考文献
- ^ Korch, Katerina M.; Watson, Donald A. (2019). 「ヘテロ原子求電子剤のクロスカップリング」.化学レビュー. 119 (13): 8192–8228. doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00628. PMC 6620169. PMID 31184483.
- ^ Corbet, Jean-Pierre; Mignani, Gérard (2006). 「選択された特許取得済みのクロスカップリング反応技術」. Chemical Reviews . 106 (7): 2651–2710. doi :10.1021/cr0505268. PMID 16836296.
- ^ クロスカップリングの新動向：理論と応用Thomas Colacot（編） 2014 ISBN 978-1-84973-896-5
- ^ ab King, AO; Yasuda, N. (2004). 「医薬品 の合成におけるパラジウム触媒クロスカップリング反応」。プロセス化学における有機金属。有機金属化学のトピック。第 6 巻。ハイデルベルグ: Springer。pp. 205–245。doi : 10.1007/b94551。ISBN 978-3-540-01603-8。
- ^ 「2010年ノーベル化学賞 - リチャード・F・ヘック、根岸英一、鈴木章」NobelPrize.org。2010年10月6日。 2010年10月6日閲覧。
- ^ Johansson Seechurn, Carin CC; Kitching, Matthew O.; Colacot, Thomas J.; Snieckus, Victor (2012). 「パラジウム触媒クロスカップリング: 2010 年ノーベル賞への歴史的文脈的視点」Angewandte Chemie International Edition . 51 (21): 5062–5085. doi :10.1002/anie.201107017. PMID 22573393. S2CID 20582425.
- ^ Sun, Chang-Liang; Shi, Zhang-Jie (2014). 「遷移金属フリーカップリング反応」.化学レビュー. 114 (18): 9219–9280. doi :10.1021/cr400274j. PMID 25184859.
- ^ Thayer, Ann (2005-09-05). 「不純物の除去」. Chemical & Engineering News . 2015年12月11日閲覧。
- ^ Yin, L.; Liebscher, J. (2007). 「不均一パラジウム触媒による炭素−炭素カップリング反応」.化学レビュー. 107 (1): 133–173. doi :10.1021/cr0505674. PMID 17212474. S2CID 36974481.
- ^ Corbet, Jean-Pierre; Mignani, Gérard (2006). 「選択された特許取得済みのクロスカップリング反応技術」. Chemical Reviews . 106 (7): 2651–2710. doi :10.1021/cr0505268. PMID 16836296.
- ^ Evano, Gwilherm; Blanchard, Nicolas; Toumi, Mathieu (2008). 「銅を介したカップリング反応と天然物および設計された生体分子の合成におけるその応用」。Chemical Reviews . 108 (8): 3054–3131. doi :10.1021/cr8002505. PMID 18698737.
- ^ Robin B. Bedford (2015). 「鉄はどこまで下がるのか？ Fe触媒クロスカップリング反応における活性種の追跡」Acc. Chem. Res . 48 (5): 1485–1493. doi :10.1021/acs.accounts.5b00042. PMID 25916260.
- ^ カイエズ、ジェラール;モユー、アルバン (2010)。 「コバルト触媒によるクロスカップリング反応」。化学レビュー。110 (3): 1435–1462。土井：10.1021/cr9000786。PMID 20148539。
- ^ Rosen, Brad M.; Quasdorf, Kyle W.; Wilson, Daniella A.; Zhang, Na; Resmerita, Ana-Maria; Garg, Neil K.; Percec, Virgil (2011). 「炭素−酸素結合を伴うニッケル触媒クロスカップリング」. Chemical Reviews . 111 (3): 1346–1416. doi :10.1021/cr100259t. PMC 3055945. PMID 21133429 .
- ^ スミス、マイケル B.;マーチ、ジェリー(2007)、Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (6th ed.)、ニューヨーク: Wiley-Interscience、p. 792、ISBN 978-0-471-72091-1
- ^ 村橋俊一; 山村正明; 柳沢健一; 三田伸明; 近藤薫 (1979). 「パラジウムおよびルテニウム触媒を用いたハロゲン化アルケニルからのアルケンおよび硫化アルケニルの立体選択的合成」.有機化学ジャーナル. 44 (14): 2408–2417. doi :10.1021/jo01328a016. ISSN 0022-3263.
- ^ Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S. Organic Chemistry、第2版、Oxford UP: Oxford、英国、2012年、pp. 1069-1102。
- ^ Ruiz-Castillo, P.; Buchwald, SL (2016). 「パラジウム触媒C–Nクロスカップリング反応の応用」. Chemical Reviews . 116 (19): 12564–12649. doi :10.1021/acs.chemrev.6b00512. PMC 5070552. PMID 27689804 .
- ^ Jennifer X. Qiao、Patrick YS Lam (2011)。「Chan-Lam カップリング反応の最近の進歩: ボロン酸および誘導体による銅促進 C-ヘテロ原子結合クロスカップリング反応」。Dennis G. Hall (編)。ボロン酸: 有機合成、医療、材料における調製と応用。Wiley-VCH。pp. 315–361。doi :10.1002/9783527639328.ch6。ISBN 9783527639328。
- ^ M. Lafrance; CN Rowley; TK Woo; K. Fagnou (2006). 「ペルフルオロベンゼンの触媒分子間直接アリール化」. J. Am. Chem. Soc. 128 (27): 8754–8756. CiteSeerX 10.1.1.631.607 . doi :10.1021/ja062509l. PMID 16819868.
- ^ コーニルズ、少年;ベルナー、アルミン。フランケ、ロバート。張宝新。ウィーバス、エルンスト。シュミット、クラウス (2017)。 「ヒドロホルミル化」。有機金属化合物による均一系触媒の応用。 23–90ページ。土井：10.1002/9783527651733.ch2。ISBN 9783527328970。
- ^ Roughley, Stephen D.; Jordan, Allan M. (2011). 「医薬品化学者のツールボックス: 医薬品候補の探索に使用される反応の分析」. Journal of Medicinal Chemistry . 54 (10): 3451–3479. doi :10.1021/jm200187y. PMID 21504168.
- ^ ハートウィグ、JF 有機遷移金属化学、結合から触媒まで、University Science Books：ニューヨーク、2010年。ISBN 1-891389-53 -X