बुक्वाल्ड-हार्टविग एमिनेशन

कार्बनिक रसायन विज्ञान में, बुचवाल्ड-हार्टविग एमिनेशन कार्बन-नाइट्रोजन बॉन्ड के संश्लेषण के लिए क्रॉस-कपलिंग रिएक्शन के माध्यम से एक रासायनिक प्रतिक्रिया है। हालांकि पीडी-उत्प्रेरित सी-एन कपलिंग को 1983 की शुरुआत में रिपोर्ट किया गया था, स्टीफन एल। बुचवाल्ड और जॉन एफ। हार्टविग को श्रेय दिया गया है, जिनके प्रकाशनों ने 1994 और 2000 के दशक के अंत के बीच परिवर्तन का दायरा स्थापित किया। प्रतिक्रिया की सिंथेटिक उपयोगिता मुख्य रूप से सुगंधित के संश्लेषण के लिए विशिष्ट तरीकों (न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन, रिडक्टिव एमिनेशन, आदि) की कमियों से उत्पन्न होती है। C\sN बांड, सीमित सब्सट्रेट दायरे और कार्यात्मक समूह सहिष्णुता से पीड़ित अधिकांश तरीकों के साथ। बुकवाल्ड-हार्टविग प्रतिक्रिया के विकास ने एरिल एमाइन के सुगम संश्लेषण के लिए अनुमति दी, एक हद तक कठोर तरीकों (गोल्डबर्ग प्रतिक्रिया, न्यूक्लियोफिलिक सुगंधित प्रतिस्थापन, आदि) की जगह, जबकि संभावित प्रदर्शनों की सूची का काफी विस्तार किया। C\sN बंधन गठन।


 * [[File:Buchwaldhartwig.png]]इसके विकास के दौरान, उत्प्रेरक प्रणालियों की कई 'पीढ़ी' विकसित की गई हैं, प्रत्येक प्रणाली युग्मन भागीदारों और मामूली परिस्थितियों के मामले में अधिक गुंजाइश की अनुमति देती है, जिससे वस्तुतः किसी भी अमीन को विभिन्न प्रकार के एरिल युग्मन भागीदारों के साथ जोड़ा जा सकता है। फार्मास्यूटिकल्स और प्राकृतिक उत्पादों में एरिल सी-एन बांड की सर्वव्यापकता के कारण, सिंथेटिक कार्बनिक रसायन विज्ञान में प्रतिक्रिया का व्यापक उपयोग हुआ है, कई कुल संश्लेषण और कई फार्मास्यूटिकल्स की औद्योगिक तैयारी में आवेदन के साथ।

इतिहास
पैलेडियम उत्प्रेरित सी-एन क्रॉस-कपलिंग प्रतिक्रिया का पहला उदाहरण 1983 में मिगिटा और सहकर्मियों द्वारा प्रकाशित किया गया था और 1 मोल% पीडीसीएल का उपयोग करके कई एरिल ब्रोमाइड्स और एन, एन-डायथाइलैमिनो-ट्रिब्यूटिल्टिन के बीच प्रतिक्रिया का वर्णन किया गया था।2[पी (ओ-टॉयल)3]2. हालांकि कई एरिल ब्रोमाइड्स का परीक्षण किया गया था, केवल इलेक्ट्रॉन निकालने वाले समूह, स्टेरिक बाधा सबस्ट्रेट्स ने उत्कृष्ट पैदावार के लिए अच्छा दिया।

1984 में, डेल एल. बोगर और जेम्स एस. पनेक ने लैवेंडामाइसिन के संश्लेषण पर अपने काम के संदर्भ में पीडी(0)-मध्यस्थ सी-एन बांड गठन के एक उदाहरण की सूचना दी, जिसमें स्टोइकोमेट्रिक टेट्राकिस ट्राइफेनिलफॉस्फीन पैलेडियम का उपयोग किया गया था। पीडी (पीपीएच)3)4. प्रतिक्रिया उत्प्रेरक प्रस्तुत करने के प्रयास असफल रहे।

ये रिपोर्टें लगभग एक दशक तक एक-दूसरे से जुड़ी रहीं। फरवरी 1994 में, हार्टविग ने मूल मिगिटा पेपर में शामिल पैलेडियम यौगिकों के एक व्यवस्थित अध्ययन की सूचना दी, जिसमें निष्कर्ष निकाला गया कि डी ऑर्बिटल|डी10 जटिल Pd[P(o-Tolyl)3]2 सक्रिय उत्प्रेरक था। प्रस्तावित एक उत्प्रेरक चक्र था जिसमें एरिल ब्रोमाइड का ऑक्सीडेटिव जोड़ शामिल था।

मई 1994 में, बुचवाल्ड ने मूल पेपर पर दो प्रमुख सुधारों की पेशकश करते हुए मिगिटा पेपर का एक विस्तार प्रकाशित किया। सबसे पहले, Bu. का संक्रमण3गाथा2 इसके बाद आर्गन पर्ज द्वारा वाष्पशील डायथाइलैमाइन को हटाने के लिए विभिन्न प्रकार के माध्यमिक अमाइन (चक्रीय और चक्रीय दोनों) और प्राथमिक एनिलिन के लिए कार्यप्रणाली का विस्तार करने की अनुमति दी गई। दूसरे, प्रतिक्रिया प्रक्रिया (उच्च उत्प्रेरक लोडिंग, उच्च तापमान, लंबी प्रतिक्रिया समय) में मामूली संशोधनों के माध्यम से इलेक्ट्रॉन समृद्ध और इलेक्ट्रॉन गरीब एरेन के लिए उपज में सुधार किया गया था, हालांकि इस प्रकाशन में कोई एरेन प्रतिस्थापन पैटर्न-प्रतिस्थापित एरिल समूह शामिल नहीं थे।

1995 में, प्रत्येक प्रयोगशाला के एक के बाद एक अध्ययन से पता चला कि युग्मन को मुक्त एमाइन के साथ एक भारी आधार (रसायन विज्ञान) (बुचवाल्ड प्रकाशन में सोडियम_टर्ट-ब्यूटॉक्साइड, हार्टविग प्रकाशन में लीएचएमडीएस) की उपस्थिति में संचालित किया जा सकता है, जिससे ऑर्गेनोटिन की अनुमति मिलती है- मुक्त युग्मन। हालांकि ये बेहतर स्थितियां तेजी से आगे बढ़ीं, ब्रोमोएरेनेस के प्रतिस्पर्धी बीटा हाइड्राइड उन्मूलन के कारण सब्सट्रेट का दायरा लगभग पूरी तरह से माध्यमिक अमाइन तक सीमित था। (देखें बुचवाल्ड-हार्टविग एमिनेशन#तंत्र नीचे)

इन परिणामों ने बुचवाल्ड-हार्टविग उत्प्रेरक प्रणालियों की तथाकथित पहली पीढ़ी की स्थापना की। बाद के वर्षों में अधिक परिष्कृत फॉस्फीन लिगैंड्स का विकास देखा गया जो कि अमाइन और एरिल समूहों की एक बड़ी विविधता के विस्तार की अनुमति देता है। आर्यल आयोडाइड, क्लोराइड और ट्राइफ्लेट्स अंततः उपयुक्त सब्सट्रेट बन गए, और कमरे के तापमान पर कमजोर आधारों के साथ चलने वाली प्रतिक्रियाएं विकसित हुईं। इन अग्रिमों का विवरण बुचवाल्ड-हार्टविग एमिनेशन#स्कोप अनुभाग में नीचे दिया गया है, और अधिक जटिल प्रणालियों का विस्तार अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र बना हुआ है।

तंत्र
इस प्रतिक्रिया के लिए प्रतिक्रिया तंत्र को पैलेडियम उत्प्रेरित सीसी युग्मन प्रतिक्रियाओं के लिए जाने वाले चरणों के समान चरणों के माध्यम से आगे बढ़ने के लिए प्रदर्शित किया गया है। चरणों में एक पीडी (0) प्रजाति के लिए एरिल हैलाइड का ऑक्सीडेटिव जोड़, ऑक्सीडेटिव अतिरिक्त कॉम्प्लेक्स में अमीन का जोड़, डिप्रोटेशन के बाद रिडक्टिव एलिमिनेशन शामिल है। एक अनुत्पादक पक्ष प्रतिक्रिया रिडक्टिव एलिमिनेशन के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकती है जिसमें एमाइड हाइड्रोडीहैलोजेनेटेड एरेन और एक इमाइन उत्पाद उत्पन्न करने के लिए बीटा हाइड्राइड उन्मूलन से गुजरता है।

प्रतिक्रिया के विकास के दौरान समूह ने मौलिक यांत्रिकी अध्ययनों के माध्यम से प्रतिक्रिया मध्यवर्ती की पहचान करने की मांग की। इन अध्ययनों ने एक अलग प्रतिक्रिया मार्ग का खुलासा किया है जो इस बात पर निर्भर करता है कि प्रतिक्रिया में मोनोडेंटेट या केलेट प्रभाव फॉस्फीन लिगैंड्स कार्यरत हैं या नहीं, और कई सूक्ष्म प्रभावों का खुलासा किया गया है (विशेष रूप से बुचवाल्ड द्वारा विकसित डायलकाइलबिरियल फॉस्फीन लिगैंड के संबंध में)।

उत्प्रेरक चक्र निम्नानुसार आगे बढ़ता है:

मोनोडेंटेट लिगैंड सिस्टम के लिए मोनोफॉस्फीन पैलेडियम (0) प्रजाति को पैलेडियम (II) प्रजाति बनाने के लिए माना जाता है जो μ-हलोजन डिमर के साथ रासायनिक संतुलन में है। इस डिमर की स्थिरता X = I> Br> Cl के क्रम में घट जाती है, और पहली पीढ़ी के उत्प्रेरक प्रणाली के साथ एरिल आयोडाइड की धीमी प्रतिक्रिया के लिए जिम्मेदार माना जाता है। अमीन बंधाव के बाद आधार द्वारा अवक्षेपण के बाद पैलेडियम एमाइड का निर्माण होता है। (चेलेटिंग सिस्टम को इन दो चरणों को उल्टे क्रम से गुजरते हुए दिखाया गया है, बेस कॉम्प्लेक्शन से पहले एमाइड गठन।) यह प्रमुख मध्यवर्ती उत्पाद का उत्पादन करने और उत्प्रेरक को पुन: उत्पन्न करने के लिए कम कर देता है। हालांकि, एक साइड रिएक्शन हो सकता है जिसमें β-हाइड्राइड एलिमिनेशन के बाद रिडक्टिव एलिमिनेशन हाइड्रोडीहैलोजेनेटेड एरीन और संबंधित इमाइन का उत्पादन करता है। अतिरिक्त संतुलन नहीं दिखाया गया है जिसमें विभिन्न मध्यवर्ती उत्प्रेरक चक्र में विभिन्न चरणों में अतिरिक्त फॉस्फीन लिगैंड के साथ समन्वय करते हैं।

चेलेटिंग लिगैंड के लिए, मोनोफॉस्फीन पैलेडियम प्रजाति नहीं बनती है; एल से ऑक्सीडेटिव जोड़, एमाइड गठन और रिडक्टिव उन्मूलन होता है2पीडी कॉम्प्लेक्स। हार्टविग समूह ने पाया कि रिडक्टिव एलिमिनेशन चार-समन्वय बिस्फोस्फीन या तीन-समन्वय मोनोफॉस्फीन एरिलपैलेडियम एमिडो कॉम्प्लेक्स से हो सकता है। तीन-समन्वय यौगिकों से उन्मूलन तेजी से होते हैं। दूसरा, β-हाइड्रोजन उन्मूलन तीन-समन्वय मध्यवर्ती से होता है। इसलिए, β-हाइड्रोजन उन्मूलन धीरे-धीरे एरिलपैलेडियम परिसरों से होता है जिसमें चेलेटिंग फॉस्फीन होते हैं जबकि इन चार-समन्वय प्रजातियों से रिडक्टिव उन्मूलन अभी भी हो सकता है।

आवेदन
फार्मास्यूटिकल्स और प्राकृतिक उत्पादों में एरिल सी-एन बांड की सर्वव्यापकता के कारण, सिंथेटिक कार्बनिक रसायन विज्ञान में प्रतिक्रिया का व्यापक उपयोग हुआ है, कई कुल संश्लेषण और कई फार्मास्यूटिकल्स की औद्योगिक तैयारी में आवेदन के साथ। औद्योगिक अनुप्रयोगों में कार्बोनिल यौगिकों (जैसे किटोन, एस्टर, एमाइड, एल्डिहाइड) और नाइट्राइल का α-arylation शामिल है।

स्कोप
हालांकि बुचवाल्ड-हार्टविग एमिनेशन के दायरे का विस्तार किया गया है, जिसमें एरिल और एमाइन युग्मन भागीदारों की एक विस्तृत विविधता शामिल है, किसी भी विशेष अभिकारकों के लिए आवश्यक शर्तें अभी भी काफी हद तक सब्सट्रेट पर निर्भर हैं। विभिन्न लिगैंड सिस्टम विकसित किए गए हैं, प्रत्येक में अलग-अलग क्षमताएं और सीमाएं हैं, और शर्तों के चुनाव के लिए दोनों भागीदारों के स्टेरिक और इलेक्ट्रॉनिक गुणों पर विचार करने की आवश्यकता है। लिगैंड सिस्टम की प्रमुख पीढ़ियों के लिए सब्सट्रेट और शर्तें नीचे विस्तृत हैं। (यहां शामिल नहीं हैं एन-हेटेरोसाइक्लिक कार्बाइन लिगैंड्स और लिगैंड्स जिसमें ज़ैंटफोस और स्पैनफोस जैसे व्यापक काटने वाले कोण हैं जिन्हें भी काफी विकसित किया गया है।)

पहली पीढ़ी के उत्प्रेरक प्रणाली
पहली पीढ़ी (Pd[P(o-Tolyl)3]2उत्प्रेरक प्रणाली को चक्रीय और चक्रीय दोनों प्रकार के द्वितीयक अमाइनों के युग्मन के लिए प्रभावी पाया गया, जिसमें विभिन्न प्रकार के एरिल ब्रोमाइड्स के साथ एल्काइल और एरिल दोनों प्रकार की कार्यक्षमता (हालांकि डायरिलमाइन नहीं) दोनों होती हैं। सामान्य तौर पर, ये स्थितियां एरीन के प्रतिस्पर्धी हाइड्रोडीहैलोजन के कारण प्राथमिक अमीनों को जोड़ने में सक्षम नहीं थीं।

एरिल आयोडाइड्स इस प्रतिक्रिया के इंट्रामोल्युलर प्रतिक्रिया संस्करण के लिए उपयुक्त सब्सट्रेट पाए गए, और महत्वपूर्ण रूप से, अंतर-आणविक रूप से केवल तभी जोड़ा जा सकता है जब टोल्यूनि के स्थान पर एक विलायक के रूप में डाइऑक्साइन का उपयोग किया गया हो, यद्यपि मामूली पैदावार के साथ।



फॉस्फीन लिगेंड्स की पहचान करें
BINAP (BINAP) और 1,1'-Bis (diphenylphosphino) ferrocene (DPPF) के विकास के लिए Buchwald-Hartwig amination के लिए लिगेंड के रूप में प्राथमिक अमाइन को पहला विश्वसनीय विस्तार प्रदान किया और आर्य आयोडाइड्स और ट्राइफ्लेट्स के कुशल युग्मन की अनुमति दी। (ऐसा माना जाता है कि बाइडेंटेट लिगैंड्स ऑक्सीडेटिव जोड़ के बाद पैलेडियम आयोडाइड डिमर के गठन को रोकते हैं, प्रतिक्रिया को तेज करते हैं।) ये लिगैंड आमतौर पर उत्प्रेरक की पहली पीढ़ी की तुलना में उच्च दरों और बेहतर पैदावार पर युग्मित उत्पादों का उत्पादन करते हैं। पहली पीढ़ी की प्रणाली में सक्रिय उत्प्रेरक के रूप में काम करने वाले मोनोलिगेटेड कॉम्प्लेक्स के लिए यंत्रवत साक्ष्य को देखते हुए उत्प्रेरक के रूप में इन लिगैंड्स की प्रारंभिक रिपोर्ट कुछ अप्रत्याशित थी। वास्तव में, दोनों प्रयोगशालाओं के पहले उदाहरण जर्नल ऑफ द अमेरिकन केमिकल सोसाइटी के एक ही अंक में प्रकाशित हुए थे।

माना जाता है कि इन लिगैंड्स से केलेट प्रभाव एक खुले समन्वय स्थल को रोककर β-हाइड्राइड उन्मूलन को दबा देता है। वास्तव में, α-chiral amines पहली पीढ़ी के उत्प्रेरक प्रणाली के विपरीत, जब चेलेटिंग लिगैंड्स को नियोजित किया गया था, तो रेसमाइज़ नहीं किया गया था।

स्थिर रूप से बाधित लिगेंड्स
भारी त्रि- और डी-अल्काइल फॉस्फीन लिगैंड्स को उल्लेखनीय रूप से सक्रिय उत्प्रेरक के रूप में दिखाया गया है, जिससे एरिल क्लोराइड्स, ब्रोमाइड्स, आयोडाइड्स और ट्राइफ्लेट्स के साथ एमाइन (प्राथमिक, माध्यमिक, इलेक्ट्रॉन वापस ले लिया, हेट्रोसायक्लिक, आदि) की एक विस्तृत श्रृंखला के युग्मन की अनुमति मिलती है।. इसके अतिरिक्त, पारंपरिक एल्कोक्साइड और सिलामाइड बेस के स्थान पर हाइड्रॉक्साइड, कार्बोनेट और फॉस्फेट बेस को नियोजित करने वाली प्रतिक्रियाएं विकसित की गई हैं। बुचवाल्ड समूह ने डायलकाइलबिरियल फॉस्फीन लिगैंड्स की एक विस्तृत श्रृंखला विकसित की है, जबकि हार्टविग समूह ने फेरोसिन-व्युत्पन्न और ट्रायलकिल फॉस्फीन लिगैंड्स पर ध्यान केंद्रित किया है।

इन लिगैंड्स के साथ देखी गई गतिविधि में नाटकीय वृद्धि को उत्प्रेरक चक्र के सभी चरणों में मोनोलिगेटेड पैलेडियम प्रजातियों के लिए उनकी प्रवृत्ति के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है, नाटकीय रूप से ऑक्सीडेटिव जोड़, एमाइड गठन और रिडक्टिव एलिमिनेशन की दर में वृद्धि होती है। इनमें से कई लिगैंड इलेक्ट्रॉन दान करने वाले एरेन-पैलेडियम इंटरैक्शन के माध्यम से β-हाइड्राइड उन्मूलन के सापेक्ष रिडक्टिव एलिमिनेशन की दर को बढ़ाते हैं।

पैलेडियम उत्प्रेरक को निष्क्रिय करने की उनकी प्रवृत्ति के बावजूद, यहां तक ​​​​कि इलेक्ट्रॉन निकाले गए एमाइन और हेट्रोसायक्लिक सब्सट्रेट को भी इन परिस्थितियों में जोड़ा जा सकता है।

अमोनिया समकक्ष
बुचवाल्ड-हार्टविग एमिनेशन प्रतिक्रियाओं के लिए अमोनिया सबसे चुनौतीपूर्ण युग्मन भागीदारों में से एक है, एक समस्या पैलेडियम परिसरों के साथ इसके तंग बंधन के लिए जिम्मेदार है। अमोनिया समकक्ष के रूप में काम करने वाले अभिकर्मकों के आधार पर इसे दूर करने के लिए कई रणनीतियां विकसित की गई हैं। बेंजोफेनोन इमाइन या सिलीलामाइड का उपयोग इस सीमा को दूर कर सकता है, बाद में हाइड्रोलिसिस प्राथमिक एनिलिन प्रस्तुत करता है।

एक उत्प्रेरक प्रणाली जो सीधे जोसिफोस-प्रकार के लिगैंड का उपयोग करके अमोनिया को जोड़ सकती है।

सी-एन कपलिंग पर बदलाव: सी-ओ, सी-एस, और सी-सी कपलिंग
एमिनेशन के लिए नियोजित परिस्थितियों के समान, अल्कोहल (रसायन विज्ञान) को एरिल हैलाइड्स के साथ जोड़कर संबंधित एरिल ईथर का उत्पादन किया जा सकता है। यह इस प्रक्रिया के कठोर एनालॉग्स जैसे कि उल्मन संघनन के लिए एक सुविधाजनक प्रतिस्थापन के रूप में कार्य करता है।

थिओल्स और थियोफेनॉल्स को एरिल हैलाइड्स के साथ बुचवाल्ड-हार्टविग-प्रकार की स्थितियों के तहत जोड़ा जा सकता है ताकि संबंधित एरिल थियोएथर्स का उत्पादन किया जा सके। इसके अलावा, mercaptoesters को H. के रूप में नियोजित किया गया है2संबंधित एरिल हैलाइड से थियोफेनॉल उत्पन्न करने के लिए एस-समकक्ष। एनोलेट्स और अन्य समान कार्बन न्यूक्लियोफाइल को α-aryl केटोन्स, मैलोनेट्स, नाइट्राइल्स आदि का उत्पादन करने के लिए भी जोड़ा जा सकता है। इस परिवर्तन का दायरा समान रूप से लिगैंड-निर्भर है और कई सिस्टम विकसित किए गए हैं। इस प्रक्रिया के लिए कई एनेंटियोसेलेक्टिव तरीके विकसित किए गए हैं।

पैलेडियम के बजाय तांबे और निकल के परिसरों को नियोजित करने वाली प्रतिक्रिया के कई संस्करण भी विकसित किए गए हैं।

बाहरी संबंध

 * Buchwald–Hartwig Coupling – Recent Literature
 * Buchwald–Hartwig Chemistry Ian Mangion MacMillan Group Meeting July 30, 2002 Link
 * Buchwald–Hartwig reaction Precious-Metal catalysts from Acros Organics for coupling reactions in organic synthesis Link