Huisgen azide-alkyn cycloadditie

De Huisgen azide-alkyn cycloadditie is een 1,3-dipolaire cycloadditie tussen een azide en een alkyn eindstandige of inwendige, een 1,2,3-triazool vormen. De eerste die het belang van deze biologische reactie begrijpen was de Duitse chemicus Rolf Huisgen. De Amerikaanse chemicus Barry Sharpless cycloadditie is dit beschouwd als een perfect voorbeeld van click chemie.

In de vorige reactie het azide 2 reageert netjes bij 98 ° C met alkyn 1 te vormen in 18 uur triazool 3 als een mengsel van de twee adducten 1,4 en 1,5.

De cycloadditie 1.3 standaard tussen een 1,3-dipolaire azide en een alkeen dipolarophile grotendeels genegeerd gezien het gebrek aan reactiviteit vanwege electron-arme alkenen en secundaire reacties van eliminatie. Het is al enige succes met-gekatalyseerde cycloadditie had, omdat de reacties gemaakt met behulp van dipolarofielen typen elektron arme alkenen of alkynen.

Aziden zijn niet de 1,3-dipolen meer reagentia voor deze reactie, maar hebben de voorkeur omdat zij geen nevenreacties geven en zijn stabiel onder de gebruikelijke omstandigheden van synthese.

Katalyse met koper

Een opmerkelijke variant van de Huisgen 1,3-dipolaire cycloadditie wordt gekatalyseerd door koper, dat in 2002 werd beschreven door Morten Meldal ongeacht het Carlsberg Laboratorium in Denemarken en door Valery Fokin en Barry Sharpless van het Scripps Research Institute. Hoewel de variant gekatalyseerd door koper vormt een triazool start vanuit een terminal alkyn en een azide is formeel geen 1,3-dipolaire cycloadditie en daarom niet Huisgen cyclo genoemd. Een juiste naam is azide-alkyn cycloadditie gekatalyseerd door koper, kortom CuAAC, met behulp van de afkorting-koper-gekatalyseerde azide-alkyn Cycloadditiereacties.

De reactie kan worden uitgevoerd via commerciële bronnen van koper zoals koper bromide of jodide, maar de reactie werkt veel beter dan het gebruik van een mengsel van een koperverbinding en een reductiemiddel teneinde Cu produceren in situ. Aangezien Cu instabiel in waterige oplosmiddelen, om de opbrengst van de reactie met behulp van bindmiddelen stabilisatoren zoals tris-amine verbeteren. De reactie kan worden uitgevoerd in verschillende oplosmiddelen en mengsels van water en andere oplosmiddelen mengbaar soort alcoholen, DMSO, DMF, tBuOH en aceton. Acetonitril moet in plaats daarvan worden vermeden als oplosmiddel, omdat de nitrillen zeer effectief coördineren Cu. Het maakt niet uit dat de aanvankelijke reagentia volledig oplosbaar omdat de reactie functies. In veel gevallen kan het product eenvoudig uit de oplossing gefiltreerd en vereist geen verdere zuivering.

De bruikbaarheid van deze reactie met Cu gekatalyseerde click chemie is ook aangetoond in de polymerisatiereactie van een bis- azide en een bis alkyn tot een polymeer op basis van geconjugeerd fluoreen vormen. De polymerisatiegraad kan gemakkelijk overschrijden 50. Met een molecuul terminal zoals fenilazide gemakkelijk verkrijgen van eindgroepen fenyl.

De CuAAC vindt een verscheidenheid aan toepassingen in de materiaalkunde en de oppervlakte. Ze zijn onderzocht vele varianten door koppeling polymeren met andere polymeren of kleine moleculen. Via de CuAAC kunt u ook het koppelen van de polystyreen met runder serumalbumine, het verkrijgen van een BioHybrid amfifiele.

Mechanisme

Het mechanisme van de reactie is voorgesteld op basis van berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie. Koper is een metaal uit de eerste overgangsreeks en heeft configuratie 3d 4s elektron. De species in situ Cu bindt aan de drievoudige binding met een terminale alkyn π binding. In aanwezigheid van een base terminal waterstof, het meest zuur wordt verloren en vormt een tussenliggende Cu-acetylide. Te zien is dat de reactie tweede orde ten opzichte van de Cu. Er werd gesuggereerd dat de overgang staat met twee koperen atomen. Liganden L gebruikt op koper zijn zwak en niet erg coördinerende. De azide verplaatsen van een ligand L en die een complex van koper-azide-acetylide, waarbij azide en acetylide worden afgestemd op verschillende atomen van koper vormt. Een koperen atoom gebonden all'acetiluro, terwijl de tweede wordt gebruikt voor het activeren azide, in coördinatie met de elektronen van het stikstofatoom. Op dit moment neemt de cyclisatie plaats, gevolgd door protonering; het proton afkomstig van de waterstof die de basis aanvankelijk dall'acetilene terminal had. Tenslotte het eindproduct wordt gedissocieerd en de katalysator is klaar voor een nieuwe reactiecyclus.

De reactie wordt bijgestaan ​​door koper, dat in coördinatie all'alchino verlaagt de pKa van 9,8 eenheden van de CH binding dell'alchino. Dientengevolge onder geschikte omstandigheden, kan de reactie verlopen zelfs bij afwezigheid van basen. In gekatalyseerde reactie alkyn slecht elektrofiel, en daarom zijn er veel energie barrières die vertragen de reactie.

Rol van bindmiddelen

De liganden L die op kopercomplex typisch labiel, wat betekent dat zij gemakkelijk kunnen worden vervangen. De bindmiddelen geen directe rol in de reactie, maar hun aanwezigheid blijft belangrijk: ze dienen om de ionen van Cu reacties van oxidatie of afbraak te beschermen en dienen om de vorming van nevenproducten te voorkomen. De bindmiddelen kunnen eveneens als proton acceptoren waardoor de noodzaak om andere bases.

Katalyse met ruthenium

Het azide-alkyn 1,3- dipolaire cycloadditie gekatalyseerd door ruthenium leidt tot 1,5-triazolen. In tegenstelling tot CuAAC waar alleen reageren terminal alkynen, in RuAAC alkynen kunnen reageren zowel terminal en intern. Dit suggereert dat ze niet betrokken zijn bij de katalytische cyclus acethyluren ruthenium.

Mechanisme

De voorgestelde regeling bepaalt dat in een eerste proces van de liganden L van het complex worden vrijgegeven aan een geactiveerde complex met de alkyn en de azide te vormen. Dit wordt gevolgd door een oxidatieve koppeling tussen azide en alkyn tot een cyclische structuur zoals ook ruthenium. De nieuwe CN binding wordt gevormd tussen koolstof meer elektronegatief en minder sterisch gehinderd dell'alchino en stikstof terminal dell'azide. Het tussenproduct rutenaciclo geeft dan reductieve eliminatie loslaten van de aromatische triazool zoals het product en het regenereren van de katalysator voor een volgende cyclus.

Als katalysatoren vaak worden gebruikt CpRuCl2, CpRu en Cp. Ze worden ook gebruikt cyclopentadienyl bevattende katalysatoren, maar de beste resultaten worden verkregen met het bindmiddel pentametilciclopentadienile. Dit kan te wijten zijn aan de grotere sterische hindering van de ligand Cp * dat de afgifte van de liganden L. vergemakkelijkt

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen reacties

Voeg een Commentaar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha