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Unter Kreuzkupplungen versteht man Kupplungsreaktionen zwischen zwei unterschiedlichen Molekulen bei denen metallorganisch katalysiert Kohlenstoff Kohlenstoff Bindungen geknupft werden Inhaltsverzeichnis 1 Bedeutung 2 Geschichte 3 Palladium Platin und Nickel katalysierte Kreuzkupplungen 4 Reaktionsmechanismus 4 1 Beispiele 4 2 Ausnahmen 4 2 1 Cacchi und Sonogashira Hagihara Kreuzkupplungen 4 2 2 Heck Reaktion 5 Cu katalysierte Kreuzkupplungen 6 Siehe auch 7 Einzelnachweise 8 WeblinksBedeutung BearbeitenDie Kreuzkupplung ist ein wichtiges Werkzeug in der praparativen organischen Chemie und hat hier ganz besondere Bedeutung in der Synthese von Wirkstoff Bibliotheken um Struktur Wirkungs Beziehungen SAR zu untersuchen Die hier verwendeten metallorganischen Verbindungen und Komplexe sind relativ einfach uber Metallierung Transmetallierung oder Halogen Metall Austausch bzw Insertion in eine Halogen Kohlenstoff Bindung herzustellen Die meisten Kreuzkupplungen sind Ubergangsmetall katalysierte Reaktion Hier haben besonders die Platinelemente wie Palladium und Platin eine herausragende Bedeutung Aber auch vergleichsweise preiswerte Metalle wie Eisen finden hier ihre Anwendung Geschichte BearbeitenBis in die 1960er Jahre waren ausschliesslich Kupplungsreaktionen vom Wurtz Fittig Typ bekannt Dabei wird eine metallorganische Verbindung mit einem Halogenid unter Bildung des Kupplungsproduktes und der Abspaltung des entsprechenden Metallhalogenids zur Reaktion gebracht Hier haben Lithium und Magnesium organische Verbindungen besondere Bedeutung Die Reaktionen werden normalerweise nicht katalysiert sondern sind stochiometrische Reaktionen Diese alten unkatalysierten Kupplungen sind jedoch auf wenige Substrate wie Alkyl Allyl und Benzyl halogenide eingeschrankt Die Umsetzung mit z B Vinyl oder Phenyl halogeniden ist so nicht moglich und die Ausbeuten dieser Art Kupplungen ist haufig recht bescheiden Dadurch hat dieser Typ an Kreuzkupplungen kaum Bedeutung erlangt Erst mit der Stephens Castro Kupplung wurde im Jahr 1963 der Prototyp der modernen Kreuzkupplung entdeckt Bei dieser unkatalysierten Kupplung wird ein Kupferacetylid in einer Aryl Acetylen Kupplung umgesetzt Im Jahre 1972 wurde von Kumada die nach ihm benannte Kupplungsreaktion entdeckt 1 2 3 4 Bei dieser Nickelphosphin oder Palladiumphosphin Komplexe katalysierten Reaktion werden im Sinne einer Wurtz Fittig Kupplung Grignard Verbindungen mit Alkenyl bzw Arylhalogeniden gekuppelt Im heutigen Sinne handelt es sich aber um keine Kreuzkupplung da die gezielte Kupplung zweier verschiedener Reaktionspartner noch schwer zu steuern war Spater im Jahr 1977 wurde von Ei ichi Negishi die erste echte Kreuzkupplung mit der nach ihm benannten Reaktion publiziert 5 Bei dieser Kupplung zwischen einem Arylhalogenid und einem Zinkorganyl werden unter Nickel oder Palladium Katalyse unsymmetrische Biaryl Verbindungen hergestellt Damit war der Grundstein zu den heutigen Kreuzkupplungen gelegt Es folgten dann weitere Typen von Kreuzkupplungen die allesamt heute immer noch ihre Bedeutung haben und die klassischen Kupplungsreaktionen praktisch bedeutungslos gemacht haben Negishi Richard Fred Heck und Akira Suzuki wurden im Jahr 2010 fur ihre Arbeit an Kreuzkupplungen mit dem Nobelpreis fur Chemie ausgezeichnet Palladium Platin und Nickel katalysierte Kreuzkupplungen BearbeitenDie meisten der Kreuzkupplungen die heute noch eine Bedeutung haben sind Palladium Platin oder Nickel katalysiert wobei dort auch wieder Palladium die grosste Bedeutung hat Bei industriellen Prozessen ist man jedoch versucht auf preiswertere Metalle als Katalysator auszuweichen Reaktionsmechanismus BearbeitenDie heutige Vorstellung uber den Mechanismus der Kreuzkupplungsreaktion ist fur alle Reaktionstypen gleich Wahrend des Katalysezyklus wechselt das Metallatom zweifach seine Oxidationsstufe Damit eine asymmetrische Kupplung moglich ist mussen beide Reaktionspartner unterschiedlich aktiviert sein Normalerweise ist einer der Reaktionspartner mit einer Abgangsgruppe versehen in dessen Bindung mit dem Kohlenstoff Atom das Metallatom des Katalysators uber eine oxidative Addition insertieren kann Im nachsten Schritt erfolgt eine Transmetallierung der Organometall Verbindung mit dem Katalysator Substrat Komplex Durch eine reduktive Eliminierung wird der Katalysator in der ursprunglichen Oxidationsstufe freigesetzt und dabei das Kupplungsprodukt gebildet nbsp Mechanismus der Kreuzkupplungsreaktion Kat Pd Pt Ni X Abgangsgruppe R Aryl Alkenyl AcetylenylBeispiele Bearbeiten Hiyama Kupplung M S i R 3 displaystyle M SiR 3 nbsp Kumada Kupplung M M g X displaystyle M MgX nbsp Problematisch bei der Anwendung der Kumada Kupplung kann die starke Basizitat des Reagenzes sein Daher konnen basenempfindliche Substrate meist nicht eingesetzt werden viele funktionelle Gruppen werden nicht toleriert so z B Ketone und Aldehyde die mit dem Reagenz Additionsreaktionen eingehen siehe auch Grignard Reaktion Negishi Kupplung M Z n R displaystyle M ZnR nbsp Die Negishi Kupplung toleriert viele funktionelle Gruppen am Substrat Sie ist eine sehr milde Methode und wird daher haufig eingesetzt Moglicher Nachteil Das Reagenz muss aus der jeweiligen iodierten Spezies herstellbar sein Dies ist eine grosstechnisch aufwendige weil viel Energie benotigende Methode Stille Kupplung M S n R 3 displaystyle M SnR 3 nbsp Die Stille Kupplung toleriert ebenfalls viele funktionelle Gruppen am Substrat sie ist die mildeste der vorgestellten Methoden Das Reagenz ist neutral gegenuber Bronsted Sauren und Basen Problematisch ist jedoch die Toxizitat des Reagenzes so wie bei den meisten zinnorganischen Verbindungen s Tributylzinnhydrid Suzuki Kupplung M B O H 2 B O R 2 displaystyle M B OH 2 B OR 2 nbsp Die Suzuki Kupplung stellt die am weitesten entwickelte Methode der Kreuzkupplung dar Auch wenn das meistens ungiftige Reagenz leicht basisch ist werden die meisten funktionellen Gruppen toleriert Der grosse Vorteil dieser Methode ist dass auch Reste R und R uber sp hybridisierte Kohlenstoffe verknupft werden konnen Ausnahmen Bearbeiten Cacchi und Sonogashira Hagihara Kreuzkupplungen Bearbeiten Das Prinzip von Cacchi und Sonogashira Hagihara Kreuzkupplungen ist den bereits genannten Kreuzkupplungen verwandt so werden ebenfalls olefinische oder aromatische Substrate an einem Palladium Komplex miteinander verknupft Sie verlaufen jedoch uber einen vollig anderen Mechanismus der im gleichnamigen Artikel beschrieben ist Heck Reaktion Bearbeiten Die Heck Reaktion ist eine wichtige organisch chemische Namensreaktion zur palladiumkatalysierten Herstellung von Arylolefinen Sie ist aufgrund ihres speziellen Mechanismus keine klassische Kreuzkupplung und wird hier daher nicht einzeln behandelt wird jedoch aufgrund ihrer Fahigkeit durch C C Bindungsknupfung zwei unterschiedliche Substrate zu verknupfen hier aufgefuhrt Cu katalysierte Kreuzkupplungen BearbeitenAls Kupfer katalysierte Kreuzkupplungen sind zu nennen Stephens Castro Kupplung Herstellung von Arylalkinen aus Aryliodiden und terminalen Alkinen Cadiot Chodkiewicz Kupplung Herstellung konjugierter Diine aus einem terminalen Alkin und einem BromalkinSiehe auch BearbeitenListe der Liganden Abkurzungen Buchwald Hartwig KupplungEinzelnachweise Bearbeiten Kohei Tamao Koji Sumitani Makoto Kumada Selective carbon carbon bond formation by cross coupling of Grignard reagents with organic halides Catalysis by nickel phosphine complexes In Journal of the American Chemical Society Band 94 Nr 12 Juni 1972 S 4374 4376 doi 10 1021 ja00767a075 R J P Corriu J P Masse Activation of Grignard reagents by transition metal complexes A new and simple synthesis of trans stilbenes and polyphenyls In Journal of the Chemical Society Chemical Communications Nr 3 1 Januar 1972 S 144a doi 10 1039 C3972000144A Kohei Tamao u a Nickel phosphine complex catalyzed Grignard coupling I Cross coupling of alkyl aryl and alkenyl Grignard reagents with aryl and alkenyl halides General scope and limitations In Bulletin of the Chemical Society of Japan Band 49 Nr 7 1976 S 1958 1969 doi 10 1246 bcsj 49 1958 Dennis G Morrell Jay K Kochi Mechanistic studies of nickel catalysis in the cross coupling of aryl halides with alkylmetals Role of arylalkylnickel II species as intermediates In Journal of the American Chemical Society Band 97 Nr 25 Dezember 1975 S 7262 7270 doi 10 1021 ja00858a011 E Negishi T Takahashi S Baba D E Van Horn N Okukado Palladium or Nickel Catalyzed Reactions of Alkenylmetals with Unsaturated Organic Halides as a Selective Route to Arylated Alkenes and Conjugated Dienes Scope Limitations and Mechanism In Journal of the American Chemical Society Band 109 Nr 8 15 April 1987 S 2393 Weblinks BearbeitenIm Portal fur organische Chemie Pd Pt Ni katalysierte Kreuzkupplungen Hiyama Kupplung Negishi Kupplung Kumada Kupplung Suzuki Kupplung Stille KupplungSonogashira Kupplung Heck ReaktionCu katalysierte Kreuzkupplungen Ullmann Reaktion Glaser Kupplung Cadiot Chodkiewicz Kupplung Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Kreuzkupplung amp oldid 225880926