Aromatik halka üzerindeki ikame reaksiyonu, organik kimyada en yaygın kullanılan reaksiyonlardan biridir. Bununla birlikte, reaksiyon mekanizmasının sınırlandırılması nedeniyle, bu ikame reaksiyonları genellikle sadece benzen halkası üzerindeki belirli pozisyonlarda ilerleyebilir. Örneğin, elektron açısından zengin gruplar içeren benzen halkaları, genellikle orto veya para pozisyonlarında ikame edicilerin elektrofilik ikame reaksiyonlarına maruz kalır; elektron eksikliği olan heteroaromatik bileşikler ise genellikle heteroatomların orto veya para pozisyonlarında nükleofilik ikame reaksiyonlarına maruz kalır. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için, organik kimyagerler, ikame reaksiyonları ile elde edilemeyen ürünleri elde etmek için sıklıkla yeniden düzenleme reaksiyonlarını kullanırlar. Klasik yeniden düzenleme reaksiyonları (Smiles yeniden düzenlenmesi, Claisen yeniden düzenlenmesi, Bamberger yeniden düzenlenmesi gibi) yaygın olarak kullanılmasına rağmen, bu reaksiyonlar orijinal ikame edicilerin yalnızca bir kısmını yeniden düzenleyebilir, bu nedenle bu yeniden düzenleme reaksiyonlarının net sonucu, orijinal bir ikame ediciyi iki ikame ediciye değiştirmektir. . İkame ediciyi benzen halkasının bir konumundan diğerine tamamen aktaran yeniden düzenleme reaksiyonu, organik kimyada yaygın değildir. En klasik olanı transalkilasyon reaksiyonudur, yani Friedel-Crafts alkilasyon reaksiyonunun koşulları altında, alkilbenzen üzerindeki alkil grubunu bir pozisyondan diğerine yeniden düzenleyin. Bu reaksiyon petrokimya alanında bazı uygulamalar kazanmış olsa da, güçlü bir Lewis asidi gerektirir ve ürün genellikle bir karışımdır. Reaksiyonun ürününün öngörülebilirliği zayıftır, bu nedenle organik sentez alanındaki uygulaması çok sınırlıdır. Bir başka ünlü örnek, GG, halojen atom göçü" halojenlenmiş aromatik hidrokarbonları içeren reaksiyon. Yani, güçlü alkali koşullar altında, halojen atomları aromatik halka üzerindeki bir dizi metal-halojen değişim reaksiyonu yoluyla bir karbon atomundan diğerine göç edebilir. Bu reaksiyonun pratikliği ve öngörülebilirliği nedeniyle, organik sentezde ve hatta doğal ürünlerin toplam sentezinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Şimdiye kadar alkil gruplarına ve halojenlere dayalı yeniden düzenleme reaksiyonları bildirilmişse de, karbonil fonksiyonel gruplara dayalı hiçbir yeniden düzenleme reaksiyonu bildirilmemiştir. Bu bağlamda, Japonya'daki Waseda Üniversitesi'nden Profesör Junichiro Yamaguchi'nin araştırma grubu, boşluğu dolduran aromatik halkalar üzerinde ester fonksiyonel gruplarının paladyumla katalize edilen yeni bir yeniden düzenleme reaksiyonunu bildirdi. Araştırmacılar bu reaksiyonu" Ester Dance" olarak adlandırdı." (GG quot; Ester dansı" reaksiyon). Spesifik olarak, ester grubu, paladyum katalizi altında (hetero) aromatik halka üzerindeki bir karbon atomundan bitişik karbon atomuna transfer edilebilir, böylece termodinamik açıdan stabil rejyoizomer ürünleri elde edilebilir ve reaksiyonun dönüşüm oranı orta ila iyidir. Bu çalışma yakın zamanda Science Advances'te yayınlandı.
Profesör Yamaguchi&# 39'un grubunun önemli bir araştırma yönü, metal katalizli geleneksel olmayan bağlanma reaksiyonlarının geliştirilmesidir. Yamaguchi, Japonya'daki Nagoya Üniversitesi'nin Itami grubunda doçent iken, hidrokarbon aktivasyonu ve karbonil elektrofillere dayanan bir dizi alışılmadık eşleşme reaksiyonu bildirdi. Aril esterlerin dekarbonilasyonu ile ilgili araştırma sırasında, metal paladyum katalizi altında, fenil 1-naftoat (1a) üzerindeki az miktarda ester grubunun, benzen 2-naftoat verecek şekilde C1 pozisyonundan C2 pozisyonuna yeniden düzenleneceğini buldular. . Esterler, verim düşük olmasına rağmen (% 18). Bu beklenmedik keşfe dayanarak, yeniden düzenleme reaksiyonunun aşağıdaki ardışık reaksiyonla gerçekleştirilebileceğini tahmin ettiler:
1) Paladyumun ester grubu C (O) ─O bağına oksidatif ilavesi,
2) Arin-paladyum kompleksleri protonsuzlaştırma ve dekarbonilasyondan sonra üretilir,
3) Protonasyondan sonra karbonil grubunun yeniden eklenmesi;
4) Azaltma ve eleme.
Bu varsayımsal mekanizmanın rehberliğinde, reaksiyon koşullarını optimize ettiler. Son olarak, katalizör PdCl2'nin% 10 molü,% 20 mol ligand dcypt, 0,5 eşdeğerinde katkı maddesi potasyum karbonat ve çözücü meta-ksilen koşullarında 150 ° C'de 24 saat boyunca yeniden düzenleme ürününün verimini bulmuşlardır. 2a,% 85 kadar yüksekti. Kontrol reaksiyonu, PdCl2, dcypt veya potasyum karbonat yokluğunda reaksiyonun hiç gerçekleşemeyeceğini gösterdi. Diğer paladyum katalizörleri (PdBr2 gibi) da reaksiyonu katalize edebilmesine rağmen, aktiviteleri zayıftır. Diğer metal katalizörler (NiCl2 gibi) tamamen inaktiftir. Yazar ayrıca elektron açısından zengin diğer iki dişli ligandları da (dcype, dcypbz gibi) inceledi ve sonuçlar, reaksiyonu sürdürebilmelerine rağmen etkinin dcypt kadar iyi olmadığını gösterdi. Ek olarak, potasyum karbonat yerine başka bazlar kullanıldığında, reaksiyon tamamen inhibe edildi, bu da reaksiyonun bazın yardım ettiği bir proton giderme sürecinden geçmiş olabileceğini düşündürür. Çözücü etkileri üzerine daha fazla araştırma, diğer yüksek kaynama noktalı çözücülerin (toluen, 1,4-dixoane, DMF gibi) meta-ksilen kadar etkili olmadığını gösterdi.
Optimal koşullar altında yazar, reaksiyonun substrat aralığını değerlendirdi. İlk olarak yazar, ester fenol kısmının fonksiyonel grup uyumluluğunu inceledi. Sonuçlar orto / meta / para tolil grupları (1b-1d), para / met anizol grupları (1e ve 1f), para / meta florofenil grupları (1g ve 1h) ve Her ikisini de gösterdi para / met bifenil grupları (1i ve 1j ) bu reaksiyon ile uyumludur ve hedef yeniden düzenleme ürünü (2b-2j) orta bir verimle (% 42-71) elde edilir. Benzoheterosiklik bileşikler için, ilgili yeniden düzenleme ürünleri de elde edilebilir (2k-2m). Genel olarak, reaksiyonun tersinirliğinden dolayı, reaksiyonun dönüşüm oranı genellikle% 90'dan azdır. Hedef ürüne ek olarak, reaksiyona hammaddelerin geri kazanımı ve yan ürün karboksilik asit oluşumu (ester hidrolizi) eşlik edecektir. İkinci olarak, yazar ayrıca karboksilik asit kısmının fonksiyonel gruplarının uyumluluğunu da inceledi. Naftalin halkasına ek olarak, piridin (1n-1s), kinolin (1t), benzotiyofen (1u), farklı ikame edicilere sahip sıradan benzen (triflorometil, sülfonamid, ester, metil ve flor atomları) Hem halka (1v-1aa) hem de antrasen halkası (1ab) reaksiyona katılabilir ve karşılık gelen yeniden düzenleme ürünleri orta bir verimle (% 27-74) elde edilebilir.
Bu yeniden düzenleme reaksiyonunu kullanarak, ucuz benzotiyofen 2-karboksilatın (karşılık gelen karboksilik asitten (20 $ / g) üretilen 1u) yüksek katma değerli bir karboksilik asit türevine dönüştürülebileceğini belirtmek gerekir (2u hidroliz tarafından üretilir, 13300 $ / g); ucuz 1-piren fenil karboksilat (1ac) (55 $ / g), piren etiketlemesinde kullanılabilen 2-piren fenil karboksilata (2ac, 454 $ / g) dönüştürülebilir. Floresan biyosensör; Ucuz 4-metil-1-naftoat (karşılık gelen karboksilik asitten (8 $ / g) üretilen 1ad, 1ae) 1-metil-3-naftoata (2ad, 2ae) dönüştürülebilir, hidrolizat yüksek katma değerli ürün (2998 $ / g). İyi işlevsel grup uyumluluğu ve ucuz hammaddelerin yüksek katma değerli ürünlere hızlı dönüşümü, bu reaksiyonun pratik uygulama değerini tam olarak göstermektedir.
Substratların aralığını inceleme sürecinde yazar, karboksilik asit esterlerinin farklı konumsal izomerleri reaksiyon substratları olarak kullanıldığında, reaksiyon optimal koşullar altında gerçekleştirildiğinde aynı sonuçların elde edildiğini buldu. Örneğin, 3-triflorometil fenil benzoat (2v) ve 4-triflorometil fenil benzoat (1v) optimal koşullar altında reaksiyona sokulduğunda, 4-Fenil triflorometil benzoat (1v) ve fenil 3-triflorometil benzoat (2v) oranı. Bu, reaksiyonun aynı ara üründen geçtiğini gösterir ve böylece reaksiyonun tersine çevrilebilir olduğunu doğrular.
Son olarak, ester migrasyon reaksiyonunu daha önce araştırma grupları tarafından geliştirilen dekarbonilasyon reaksiyonu ile birleştirerek, yazarlar bu reaksiyonun sentezdeki uygulamasını daha da incelediler. Örneğin, standart koşullar altında, ester göç reaksiyonu ve karbon-hidrojen bağı aktivasyonu yoluyla, 3-tiyofenkarboksilik asit fenil ester (1af), 2-ikame edilmiş tiyofen-benzotiyazol birleştirme ürününü (3A) elde etmek için benzotiyazol (4A) ile reaksiyona girer, Şekil 5A ), geleneksel dekarbonilasyon birleştirme reaksiyonu 3 pozisyonlu ikame edilmiş bir ürün verir. Daha önce belirtildiği gibi, fenil 4-pikolinat (1n), optimal koşullar altında fenil nikotinata (2n) yeniden düzenlenecektir. İlginç bir şekilde, büyük engellenmiş difenilamin (4B) varlığında, bu ester migrasyon reaksiyonu ters yönde (yani 2n → 1n) ve sonra dekarbonilasyon aminasyonu ile% 62 verimle 4-ikameli bir amino birleştirme ürünü verdi. geleneksel dekarbonilasyon birleştirme reaksiyonu ise 3-pozisyonlu ikame ürünü vermiştir. Fenolün kendisi de bir nükleofil olduğundan, harici bir nükleofil olmadığında, fenil kinolinkarboksilat ve fenil pikolinat, dekarbonilasyon reaksiyonu ile birleştirilerek karşılık gelen göç eden eter bileşiklerine dönüştürülebilir. 1n'nin reaksiyon süresi 24 saatten 48 saate değiştirildiğinde, 1n → 2n → 3n dönüşümünün (yani, iki ardışık ester migrasyon reaksiyonu) başarıyla gerçekleştirildiğini ve 2n'nin termodinamik olarak 1n'den fazla olduğunu belirtmek gerekir. kararlı. Bununla birlikte, dekarbonilasyon eterifikasyonu sadece piridin karboksilatın C2 pozisyonunda ilerler, bu nedenle reaksiyon esas olarak 3B üretir. Kısaca, bu reaksiyonun akıllıca kullanılmasıyla, aril esterlerin, geleneksel yöntemlerle kolayca elde edilemeyen birçok bileşiğe dönüştürülebileceği öngörülebilir.
