Reakcja Hecka

Reakcja Hecka – reakcja chemiczna substytucji polegająca na przyłączeniu nienasyconego związku organicznego (halogenku, pochodnej triflowej lub silanowej) do alkenu z utworzeniem nowego wiązania węgiel-węgiel lub węgiel-azot. Reakcja ta zachodzi w silnie zasadowych warunkach i wymaga katalizy metaloorganicznej. Najczęściej katalizatorami są kompleksy palladu i rodu^[1]^[2].

Nazwa pochodzi od nazwiska odkrywcy, amerykańskiego chemika Richarda Hecka, laureata Nagrody Nobla w dziedzinie chemii w 2010 r.

Reakcja ta zachodzi zwykle w sposób stereoselektywny – prowadząc do powstania większej ilości izomerów trans niż cis.

Mechanizm reakcji

Mechanizm reakcji Hecka ma dość typowy przebieg dla reakcji chemicznych katalizowanych związkami metaloorganicznymi. Aktywnymi katalitycznie związkami są kompleksy palladu i rodu na zerowym stopniu utlenienia. Związki te jednak są wysoce niestabilne i dlatego zwykle otrzymuje się je in situ z prekursorów, w którym metal centralny występuje na II stopniu utlenienia^[3].

Na poniższym przykładowym schemacie w pierwszym etapie reakcji octan palladu(II) jest redukowany przez trifenylofosfinę do palladu(0) (etap I). W II etapie następuje addycja oksydatywna, podczas której atom palladu wchodzi na miejsce dawnego wiązania węgiel-brom. W III etapie powstaje π-kompleks między atomem palladu a alkenem. W etapie IV następuje przekształcenie kompleksu π w σ-kompleks na skutek czego powstaje nowe wiązanie węgiel-węgiel. Czas życia związku przejściowego E jest zwykle na tyle długi, że możliwa jest rotacja wokół wiązania C–C do trwalszego konformeru anti (struktura F o naprężeniach sterycznych mniejszych niż w konformerze syn, tj. E). W etapie V W VI i VII etapie następuje eliminacja z utworzeniem podwójnego wiązania węgiel-węgiel i odtworzeniem wolnego kompleksu palladu(II), który w etapie VIII ulega reakcji z silną zasadą w wyniku czego odtwarza się aktywny katalitycznie kompleks palladu(0).

Zastosowania i odmiany

Klasyczna postać reakcji

Klasyczna postać reakcji Hecka jest stosowana do syntezy wielu związków chemicznych ze sprzężonymi wiązaniami podwójnymi węgiel-węgiel. Jest m.in. stosowana do produkcji naproksenu stosowanego jako lek przeciwzapalny i metoksycynamonianiu oktylu stosowanego w kremach do opalania jako filtr UV.

Etap syntezy naproksenu, w którym jest wykorzystana reakcja Hecka między pochodną bromonaftalenu i etylenem

Reakcja ta jest też stosowana do syntezy modyfikacji polisiloksanów, np. w celu uzyskania materiału o wysokim współczynniku załamania światła^[4].

Reakcja w cieczy jonowej

W środowisku cieczy jonowej reakcja Hecka zachodzi bez udziału ligandów fosforowych w strukturze katalizatora. Gdy katalizator jest osadzony na podłożu z porowatego silikażelu, reakcja może zachodzić w środowisku wodnym, a katalizator można wielokrotnie odzyskiwać^[5].

Utleniające arylowanie

Za pomocą reakcji Hecka można przeprowadzić utleniające arylowanie, w wyniku którego powstaje pierścień tetrahydrofuranowy (zaznaczony na czerwono) między dwoma pierścieniami arylowymi. Pierwszy etap procesu przebiega zgodnie z klasycznym cyklem katalitycznym reakcji Hecka, jednak na etapie produktu przejściowego addycji syn następuje substytucja ligandu palladowego przez grupę hydroksylową, co zamyka pierścień tetrahydrofuranowy^[6].

Reakcja z udziałem amin

W wersji z udziałem amin reakcja Hecka może doprowadzić od powstania wiązania azot-węgiel, zamiast węgiel-węgiel. W przykładowym procesie, oksym zawierający silnie elektronoakceptorową grupę pentafluorobenzoilową reaguje wewnątrzcząsteczkowo z dienem przyłączonym do drugiego końca cząsteczki. Rolę silnej zasady pełni w tej reakcji trietyloamina^[7].

Przypisy

↑ R. F. Heck, J. P. Nolley. Palladium-catalyzed vinylic hydrogen substitution reactions with aryl, benzyl, and styryl halides. „J. Org. Chem.”. 37 (14), s. 2320–2322, 1972. DOI: 10.1021/jo00979a024.
↑ Tsutomu Mizoroki, Kunio Mori, Atsumu Ozaki. Arylation of Olefin with Aryl Iodide Catalyzed by Palladium. „Bull. Chem. Org. Jap.”. 44 (2), s. 581, 1971. DOI: 10.1246/bcsj.44.581.
↑ Fumiyuki Ozawa, Akihiko Kubo, Tamio Hayashi. Generation of Tertiary Phosphine-Coordinated Pd(0) Species from Pd(OAc)2 in the Catalytic Heck Reaction. „Chemistry Letters”. 21 (11), s. 2177-2180, 1992. DOI: 10.1246/cl.1992.2177.
↑ TomaszT. Ganicz TomaszT. i inni, A novel organometallic route to phenylethenyl-modified polysiloxanes, „J. Mater. Chem.”, 15, 2005, s. 611-619, DOI: 10.1039/b413474e .
↑ Hisahiro Hagiwara, Yoshitaka Sugawara, Takashi Hoshi, Toshio Suzuki. Sustainable Mizoroki–Heck reaction in water: remarkably high activity of Pd(OAc)₂ immobilized on reversed phase silica gel with the aid of an ionic liquid. „Chemical Communications”, s. 2942-2944, 2005. DOI: 10.1039/b502528a.
↑ Loránd Kiss, Tibor Kurtán, Sándor Antus, Henri Brunner. Further insight into the mechanism of Heck oxyarylation in the presence of chiral ligands. „Arkivoc”, s. 69-76, 2003.
↑ Mitsuru Kitamura, Daisuke Kudo, Koichi Narasaka. Palladium(0)-catalyzed synthesis of pyridines from ß-acetoxy-γ,δ-unsaturated ketone oximes. „Arkivoc”, s. 148-162, 2005.

[1] R. F. Heck, J. P. Nolley. Palladium-catalyzed vinylic hydrogen substitution reactions with aryl, benzyl, and styryl halides. „J. Org. Chem.”. 37 (14), s. 2320–2322, 1972. DOI: 10.1021/jo00979a024.

[2] Tsutomu Mizoroki, Kunio Mori, Atsumu Ozaki. Arylation of Olefin with Aryl Iodide Catalyzed by Palladium. „Bull. Chem. Org. Jap.”. 44 (2), s. 581, 1971. DOI: 10.1246/bcsj.44.581.

[3] Fumiyuki Ozawa, Akihiko Kubo, Tamio Hayashi. Generation of Tertiary Phosphine-Coordinated Pd(0) Species from Pd(OAc)2 in the Catalytic Heck Reaction. „Chemistry Letters”. 21 (11), s. 2177-2180, 1992. DOI: 10.1246/cl.1992.2177.

[4] TomaszT. Ganicz TomaszT. i inni, A novel organometallic route to phenylethenyl-modified polysiloxanes, „J. Mater. Chem.”, 15, 2005, s. 611-619, DOI: 10.1039/b413474e .

[5] Hisahiro Hagiwara, Yoshitaka Sugawara, Takashi Hoshi, Toshio Suzuki. Sustainable Mizoroki–Heck reaction in water: remarkably high activity of Pd(OAc)₂ immobilized on reversed phase silica gel with the aid of an ionic liquid. „Chemical Communications”, s. 2942-2944, 2005. DOI: 10.1039/b502528a.

[6] Loránd Kiss, Tibor Kurtán, Sándor Antus, Henri Brunner. Further insight into the mechanism of Heck oxyarylation in the presence of chiral ligands. „Arkivoc”, s. 69-76, 2003.

[7] Mitsuru Kitamura, Daisuke Kudo, Koichi Narasaka. Palladium(0)-catalyzed synthesis of pyridines from ß-acetoxy-γ,δ-unsaturated ketone oximes. „Arkivoc”, s. 148-162, 2005.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]