Reacția de substituție pe inelul aromatic este una dintre cele mai utilizate reacții în chimia organică. Cu toate acestea, datorită limitării mecanismului de reacție, aceste reacții de substituție pot continua adesea numai în poziții specifice pe inelul benzenic. De exemplu, inelele de benzen care conțin grupuri bogate în electroni suferă adesea reacții de substituție electrofilă la pozițiile orto sau para ale substituenților; în timp ce compușii heteroaromatici cu deficit de electroni suferă adesea reacții de substituție nucleofilă la pozițiile orto sau para ale heteroatomilor. Pentru a depăși aceste limitări, chimiștii organici folosesc adesea reacții de rearanjare pentru a obține produse care nu pot fi obținute prin reacții de substituție. Deși reacțiile clasice de reamenajare (cum ar fi reamenajarea Smiles, reamenajarea Claisen, reamenajarea Bamberger) au fost utilizate pe scară largă, aceste reacții pot rearanja doar o parte din substituenții originali, astfel încât rezultatul net al acestor reacții de reamenajare este Schimbarea substituentului original în doi substituenți . Reacția de rearanjare care transferă complet substituentul dintr-o poziție a inelului benzenic în alta nu este comună în chimia organică. Cea mai clasică este reacția de transalchilare, adică în condițiile reacției de alchilare Friedel-Crafts, Rearanjați gruparea alchil pe alchilbenzen dintr-o poziție în alta. Deși această reacție a câștigat unele aplicații în domeniul petrochimic, necesită un acid Lewis puternic, iar produsul este de obicei un amestec. Produsul reacției are o predictibilitate slabă, astfel încât aplicarea sa în domeniul sintezei organice este foarte limitată. Un alt exemplu celebru este&"; migrarea atomului de halogen GG"; reacție care implică hidrocarburi aromatice halogenate. Adică, în condiții puternic alcaline, atomii de halogen pot migra de la un atom de carbon la altul printr-o serie de reacții de schimb metal-halogen pe inelul aromatic. Datorită caracterului practic și al previzibilității acestei reacții, este utilizat pe scară largă în sinteza organică și chiar în sinteza totală a produselor naturale.
Deși până acum au fost raportate reacții de rearanjare bazate pe grupări alchil și halogeni, nu au fost raportate reacții de rearanjare bazate pe grupări funcționale carbonil. În acest context, grupul de cercetare al profesorului Junichiro Yamaguchi de la Universitatea Waseda din Japonia a raportat o nouă reacție de rearanjare catalizată de paladiu a grupelor funcționale esterice pe inele aromatice, care a umplut golul. Cercetătorii au numit această reacție&"Ester Dance GG"." (GG quot; Ester dance" reacție). Mai precis, gruparea ester poate fi transferată de la un atom de carbon pe inelul (hetero) aromatic la atomul de carbon adiacent sub cataliza paladiului, obținându-se astfel produse regioizomere stabile termodinamic, iar rata de conversie a reacției este moderată până la bună. Această lucrare a fost publicată recent pe Science Advances.
O direcție importantă de cercetare a grupului profesorului Yamaguchi&# 39 este dezvoltarea reacțiilor de cuplare neconvenționale catalizate de metal. Când Yamaguchi era profesor asociat în grupul Itami de la Universitatea Nagoya din Japonia, el a raportat o serie de reacții neconvenționale de cuplare bazate pe activarea hidrocarburilor și electrofili carbonilici. În timpul cercetărilor privind decarbonilarea esterilor de arii, au descoperit că, sub cataliza metalului paladiu, o cantitate mică de grupări ester pe fenil 1-naftoat (1a) s-ar rearanja de la poziția C1 la poziția C2 pentru a da 2-naftoat de benzen . Esteri, deși randamentul este scăzut (18%). Pe baza acestei descoperiri neașteptate, au speculat că reacția de rearanjare poate fi efectuată prin următoarea reacție în tandem:
1) Adăugarea oxidativă a paladiului la grupa esteră legătura C (O) ─O,
2) Complexele arin-paladiu sunt produse după deprotonare și decarbonilare,
3) Reinserția grupării carbonil după protonație;
4) Reducere și eliminare.
Sub îndrumarea acestui mecanism ipotetic, au optimizat condițiile de reacție. În cele din urmă, au constatat că în condițiile de 10 mol% din catalizatorul PdCl2, 20 mol% din ligand dcypt, 0,5 echiv de aditiv carbonat de potasiu și solvent meta-xilen la 150 ℃ timp de 24 de ore, randamentul produsului de rearanjare 2a a fost de până la 85%. Reacția martor a arătat că, în absența PdCl2, dcypt sau carbonat de potasiu, reacția nu ar putea avea loc deloc. Deși alți catalizatori de paladiu (cum ar fi PdBr2) pot cataliza reacția, activitatea lor este slabă. Alți catalizatori metalici (cum ar fi NiCl2) sunt complet inactivi. Autorul a studiat, de asemenea, alți liganzi bidentați bogați în electroni (cum ar fi dcype, dcypbz), iar rezultatele au arătat că, deși pot determina reacția, efectul nu este la fel de bun ca dcypt. În plus, când au fost utilizate alte baze în locul carbonatului de potasiu, reacția a fost complet inhibată, ceea ce sugerează că reacția ar fi putut fi supusă unui proces de deprotonare asistat de bază. Cercetările ulterioare privind efectele solventului au arătat că alți solvenți cu punct de fierbere ridicat (cum ar fi toluenul, 1,4-dixoanul, DMF) nu sunt la fel de eficienți ca meta-xilenul.
În condiții optime, autorul a evaluat gama substratului reacției. În primul rând, autorul a studiat compatibilitatea grupului funcțional al fragmentului ester fenol. Rezultatele au arătat grupări orto / meta / para tolil (1b-1d), grupări para / met anisol (1e și 1f), grupări para / meta fluorofenil (1g și 1h) și ambele grupări para / met bifenil (1i și 1j) ) sunt compatibile cu această reacție, iar produsul țintă de rearanjare (2b-2j) este obținut cu un randament moderat (42-71%). Pentru compușii benzoheterociclici, pot fi obținuți și produse de rearanjare aferente (2k-2m). În general, datorită reversibilității reacției, rata de conversie a reacției este în general mai mică de 90%. În plus față de produsul țintă, reacția va fi însoțită de recuperarea materiilor prime și formarea subprodusului acid carboxilic (hidroliza esterului). În al doilea rând, autorul a examinat, de asemenea, compatibilitatea grupelor funcționale ale părții cu acid carboxilic. În plus față de inelul naftalenic, piridină (1n-1s), chinolină (1t), benzotiofen (1u), benzen obișnuit cu diferiți substituenți (trifluormetil, sulfonamidă, ester, metil și atomi de fluor) Ambele inel (1v-1aa) și inelul antracenic (1ab) poate participa la reacție, iar produsele corespunzătoare de rearanjare pot fi obținute cu un randament moderat (27-74%).
Merită menționat faptul că, folosind această reacție de rearanjare, 2-carboxilatul de benzotiofen ieftin (1 u, generat din acidul carboxilic corespunzător (20 USD / g)) poate fi transformat într-un derivat al acidului carboxilic cu valoare adăugată ridicată (Produs prin hidroliză 2 u, 13300 USD / g); 1-piren fenil carboxilat ieftin (1ac) (55 USD / g) poate fi transformat în 2-piren fenil carboxilat (2ac, 454 USD / g), care poate fi utilizat pentru etichetarea pirenului Biosenzor fluorescent; 4-metil-1-naftoat ieftin (1ad, 1ae, generat din acidul carboxilic corespunzător (8 USD / g)) poate fi transformat în 1-metil-3-naftoat (2ad, 2ae), hidrolizatul este o valoare adăugată mare produs (2998 dolari / g). O bună compatibilitate a grupului funcțional și conversia rapidă a materiilor prime ieftine în produse cu valoare adăugată mare ilustrează pe deplin valoarea practică a acestei reacții.
În procesul de studiere a gamei de substraturi, autorul a constatat că atunci când s-au folosit diferiți izomeri poziționali ai esterilor acidului carboxilic ca substraturi de reacție, s-au obținut aceleași rezultate atunci când reacția a fost efectuată în condiții optime. De exemplu, când 3-trifluorometil fenil benzoat (2v) și 4-trifluorometil fenil benzoat (1v) au reacționat în condiții optime, raportul dintre 4- fenil trifluorometil benzoat (1v) și fenil 3-trifluorometil benzoat (2v). Acest lucru indică faptul că reacția trece prin același intermediar, confirmând astfel că reacția este reversibilă.
În cele din urmă, prin combinarea reacției de migrare a esterilor cu reacția de decarbonilare dezvoltată anterior de grupul lor de cercetare, autorii au studiat în continuare aplicarea acestei reacții în sinteză. De exemplu, în condiții standard, prin reacția de migrare a esterilor și activarea legăturii carbon-hidrogen, fenil esterul acidului 3-tiofenecarboxilic (1af) reacționează cu benzotiazol (4A) pentru a obține produsul de cuplare 2-substituit tiofen-benzotiazol (3A), Figura 5A ), în timp ce reacția tradițională de cuplare de decarbonilare produce un produs substituit în 3 poziții. După cum sa menționat mai devreme, fenil 4-picolinatul (1n) se va rearanja în fenil nicotinat (2n) în condiții optime. Interesant, în prezența difenilaminei mari împiedicate (4B), acest ester. Reacția de migrare a decurs în mod opus (adică 2n → 1n) și apoi aminarea decarbonilării, producând un produs de cuplare amino 4-substituit cu un randament de 62%, în timp ce reacția tradițională de cuplare de decarbonilare a produs o substituție în 3 poziții Produsul. Deoarece fenolul în sine este, de asemenea, un nucleofil, în absența unui nucleofil extern, fenil chinolinecarboxilatul și fenil picolinatul pot fi transformați în compuși eterici migrați corespunzători prin combinarea cu reacția de decarbonilare. Merită menționat faptul că atunci când timpul de reacție 1n a fost schimbat de la 24 h la 48 h, conversia 1n → 2n → 3n (adică două reacții consecutive de migrație esterică) a fost realizată cu succes, iar 2n a fost termodinamic mai mare de 1n. grajd. Cu toate acestea, eterificarea decarbonilării are loc numai în poziția C2 a carboxilatului de piridină, astfel încât reacția produce în principal 3D. Pe scurt, prin utilizarea inteligentă a acestei reacții, se poate prevedea că esterii arii pot fi convertiți în mulți compuși care nu sunt ușor de obținut prin metode tradiționale.
