Jadwiga Pyziak

NOWA KATALITYCZNA METODA SYNTEZY

1-BORYLO-4-METALOIDO(Si, Ge, B)-BUTADIENW

ORAZ INNYCH POCHODNYCH 1-BORYLOBUTADIENW

Promotor: Prof. dr hab. Bogdan Marciniec

Promotor pomocniczy: dr in. Jdrzej Walkowiak

Praca przedoona Radzie Naukowej Wydziau Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu celem uzyskania stopnia doktora nauk chemicznych

Pozna 2015

Serdecznie dzikuj

Panu Prof. dr hab. Bogdanowi Marcicowi za przyjcie do grupy badawczej, wskazanie ciekawego tematu, motywacj do dziaania, cenne wskazwki oraz yczliwo i wyrozumiao w trakcie realizowania niniejszej pracy

Serdecznie dzikuj

Panu Prof. UAM dr hab. Marcinowi Hoffmannowi Za przekazanie cennej wiedzy, cierpliwo, wyrozumiao oraz powicony czas i cig gotowo do udzielania nieocenionych wskazwek Panu dr in. Jdrzejowi Walkowiakowi Za cenne wskazwki, okazan pomoc oraz yczliwo i wyrozumiao w trakcie realizowania niniejszej pracy

Dzikuj wszystkim yczliwym osobom, szczeglnie z Zakadu Chemii Metaloorganicznej, ktre swoj wszechstronn pomoc, cennymi radami i uwagami, a take dobrym sowem wspierali mnie w trakcie realizacji niniejszej pracy

Mowi Za otuch, cierpliwo i wyrozumiao oraz ogromn wiar we mnie i moje moliwoci dzikuj Kochanie Tacie, braciom, rodzinie i przyjacioom Za wyrozumiao, wsparcie i cige podnoszenie na duchu Serdecznie dzikuj

pamici Mamy i Babci

Spis treci

SPIS TRECI

1. WPROWADZENIE ...................................................................................................... 1

2. CZ LITERATUROWA ......................................................................................... 3

2.1. Metody otrzymywania

borylo- oraz borylometaloidopodstawionych butadienw ........................................ 3

2.1.1. Stechiometryczne metody syntezy alkenyloboranw z wykorzystaniem

zwizkw metaloorganicznych pierwiastkw bloku s i p ............................................... 3

2.1.2. Hydroborowanie katalityczne ......................................................................................... 6

2.1.3. Organoborowanie (karboborowanie) alkinw .............................................................. 12

2.1.4. Synteza borylopodstawionych dienw na drodze przemian metatetycznych ............... 16

2.1.5. Olefinacja typu Takai .................................................................................................... 18

2.1.6. Synteza borylopodstawionych dienw w reakcji sprzgania Hecka ............................ 18

2.1.7. Reakcja Negishi ............................................................................................................ 20

2.1.8. Reakcje enowe .............................................................................................................. 20

2.1.9. Reakcje za porednictwem cyrkonocenw ................................................................... 21

2.1.10. Reakcja kodimeryzacji winyloboranw z terminalnymi alkinami ............................... 23

2.1.11. Reakcja Dielsa-Aldera .................................................................................................. 23

2.1.12. Addycja B-E do liniowych 1,3-dienw......................................................................... 25

2.1.13. Reakcje z eliminacj chloru .......................................................................................... 27

2.1.14. Inne katalityczne metody syntezy alkenyloboranw .................................................... 27

2.1.15. Synteza heteroaromatw zawierajcych podstawniki boroorganiczne ......................... 30

2.2. Metody otrzymania germylopodstawionych butadienw ....................................... 32

2.2.1. Reakcja otwarcia piercienia germylobutenw............................................................. 32

2.2.2. Hydroborowanie katalityczne ....................................................................................... 32

2.3. Zastosowanie borylopodstawionych dienw w syntezie organicznej ..................... 33

2.3.1. Wykorzystanie borylobutadienw w reakcji Dielsa-Aldera ......................................... 34

2.3.2. Tandemowa reakcja krzyowego sprzgania Suzuki-Miyaura ..................................... 39

2.3.3. Reakcja sprzgania Stille'a ............................................................................................ 43

2.3.4. Reakcja aldehydw z bis(pinakolo)diboranem ............................................................. 44

2.3.5. Asymetryczne homoallenylborowanie z aldehydami .......................................................... 45

Spis treci

2.3.6. Reakcja 1,3-dipolarnej cykloaddycji ............................................................................ 46

2.3.7. Reakcja Petasisa ........................................................................................................... 46

2.3.8. Inne reakcje borylopodstawionych butadienw w syntezie zwizkw naturalnych .... 47

2.3.9. Halogenowanie ............................................................................................................. 49

2.4. Procesy trans-metalacji winylometaloidw z terminalnymi alkinami.

Aktywacja wizania Csp-H ....................................................................................... 50

2.4.1. Reakcje sililujcego i germylujcego sprzgania z terminalnymi alkinami ................ 50

2.4.2. Reakcja kodimeryzacji winyloboranw z terminalnymi alkinami ............................... 52

2.5. Charakterystyka zastosowania metody obliczeniowej Teorii Funkcjonau

Gstoci DFT w syntezie organicznej ....................................................................... 55

2.5.1. Opis mechanizmu reakcji przy zastosowaniu metody DFT ......................................... 57

3. CEL PRACY ............................................................................................................... 59

4. WYNIKI BADA I ICH OMWIENIE .................................................................. 61

4.1. Reakcja kodimeryzacji terminalnych alkinw oraz sililoalkinw ......................... 61

4.1.1. Reakcja kodimeryzacji funkcjonalizowanych terminalnych alkinw

z winyloboranami ......................................................................................................... 61

4.1.2. Obliczenia kwantowochemiczne przy zastosowaniu metody DFT

dla modelowej reakcji kodimeryzacji monowinylopodstawionych

zwizkw boru z terminalnymi sililoalkinami ............................................................. 67

4.1.3. Obliczenia kwantowochemiczne przy zastosowaniu metody DFT etapu insercji

fenyloacetylenu oraz etynylocykloheksanu do kompleksu [Ru]-H.............................. 74

4.1.4. Badania kinetyczne reakcji kodimeryzacji terminalnych etynylosilanw

z winyloboranami ......................................................................................................... 78

4.2. Badania reakcji kodimeryzacji etynyloboranw z winyloboranami ..................... 83

4.2.1. Badania kwantowochemiczne z wykorzystaniem teorii DFT

dla procesu kodimeryzacji 2-etynylo-1,3,2-dioksaborolanu

z 2-winylo-1,3,2-dioksaborolanem ............................................................................... 88

4.3. Reakcja kodimeryzacji germylopodstawionych alkinw z winyloboranami

katalizowana kompleksami [Ru]-H. ......................................................................... 96

4.3.1 Optymalizacja warunkw reakcji kodimeryzacji germylopodstawionych

alkinw z winyloboranami katalizowanej kompleksami [Ru]-H. ................................ 97

4.3.2. Badania stechiometryczne reakcji kodimeryzacji terminalnych

etynylogermananw z winyloboranami ..................................................................... 103

Spis treci

4.3.3. Obliczenia kwantowochemiczne przy wykorzystaniu metody DFT

mechanizmu reakcji kodimeryzacji terminalnych etynylogermananw

z winyloboranami katalizowanej kompleksami [Ru]-H ............................................. 105

4.4. Reakcja kodimeryzacji terminalnych monoetynylosiloksysilseskwioksanw

z winyloboranami ...................................................................................................... 115

4.4.1. Wyniki bada katalitycznych ...................................................................................... 117

5. PODSUMOWANIE WYNIKW I WNIOSKI ...................................................... 120

6. CZ DOWIADCZALNA .................................................................................. 126

6.1. Stosowane odczynniki i rozpuszczalniki ................................................................. 126

6.1.1 Zwizki boru ............................................................................................................... 126

6.1.2. Zwizki krzemu .......................................................................................................... 128

6.1.3. Zwizki germanu ........................................................................................................ 129

6.1.4. Stosowane alkiny ........................................................................................................ 130

6.1.5. Zwizki metaloorganiczne magnezu ........................................................................... 131

4.1.6. Zwizki fosforu ........................................................................................................... 132

6.1.7. Zwizki i rozpuszczalniki organiczne ......................................................................... 132

6.1.8. Zwizki nieorganiczne ................................................................................................ 134

6.1.9. Pozostae materiay ..................................................................................................... 135

6.1.10. Gazy ............................................................................................................................ 135

6.1.11. Sole i zwizki kompleksowe rutenu............................................................................ 136

6.2. Osuszanie, odtlenianie oraz usuwanie zanieczyszcze z odczynnikw

organicznych .............................................................................................................. 136

6.2.1. Osuszanie i odtlenianie rozpuszczalnikw alifatycznych i aromatycznych ............... 136

6.2.2. Osuszanie i odtlenianie alkenw ................................................................................. 137

6.2.3. Osuszanie i odtlenianie eterw ................................................................................... 137

6.2.4. Osuszanie i odtlenianie alkoholi ................................................................................. 137

6.2.5. Osuszanie i odtlenianie amin ...................................................................................... 138

6.2.6. Osuszanie i odtlenianie rozpuszczalnikw deuterowanych ........................................ 138

6.2.7. Osuszanie i odtlenianie etynylosilanw ...................................................................... 138

6.3. Metody bada identyfikacyjnych i analitycznych ................................................. 139

6.3.1. Analiza elementarna .................................................................................................... 139

6.3.2. Metody spektroskopowe ............................................................................................. 139

6.3.3. Metody chromatograficzne ......................................................................................... 139

6.4. Metodyka pracy w atmosferze gazu obojtnego .................................................... 141

Spis treci

6.4.1. Metodyka bada stechiometrycznych ........................................................................ 141

6.4.2. Metodyka bada katalitycznych ................................................................................. 142

6.4.3. Metodyka bada kinetycznych w ukadzie zamknitym ............................................ 145

6.4.4. Metodyka oblicze kwantowochemicznych przy wykorzystaniu DFT ..................... 146

6.5. Preparatyka substratw reakcji i kompleksw metali uywanych

jako katalizatory ....................................................................................................... 146

6.5.1. Synteza kompleksw rutenu ....................................................................................... 146

6.5.2 Preparatyka 1,2-bis(trimetylosiloksy)tetrametyloetanu ............................................. 150

6.5.3. Preparatyka 1,3-bis(trimetylosiloksy)propanu ........................................................... 151

6.5.4. Preparatyka 1,2-bis(trimetylosiloksy)etanu ................................................................ 152

6.5.5. Preparatyka zwizkw boru ....................................................................................... 152

6.5.6. Preparatyka zwizkw germanu ................................................................................. 160

6.6. Preparatyka etynylosiloksysilseskwioksanw ........................................................ 163

6.7. Preparatyka sfunkcjonalizowanych 1-borylopodstawionych

buta-1,3-dienw na drodze reakcji kodimeryzacji winyloboranw

z terminalnymi alkinami .......................................................................................... 163

6.8. Produkty reakcji kodimeryzacji terminalnych diynw z winyloboranami,

katalizowanej kompleksami [Ru]-H ....................................................................... 168

6.9. Funkcjonalizacja 3,9-diwinylo-2,4,8,10-tetraoksa-3,9-diboraspiro[5.5]undekanu

na drodze procesu kodimeryzacji ........................................................................... 171

6.10. Synteza 1,4-diborylopodstawionych butadienw w procesie kodimeryzacji

winyloboranw z alkinyloboranami ....................................................................... 173

6.11. Synteza 1-borylo-4-germylobuta-1,3-dienw w procesie kodimeryzacji

winyloboranw z alkinylogermananami ................................................................... 177

6.11.1 Preparatyka 1-borylo-4-germylobuta-1,3-dienw na drodze reakcji

kodimeryzacji winyloboranw z alkinylogermanami ................................................ 177

6.11.2. Charakteryzacja produktw ubocznych otrzymanych w konkurencyjnej

reakcji homosprzgania winyloboranw .................................................................... 185

6.12. Synteza zwizkw boroorganicznych na drodze reakcji borylujcego

sprzgania .................................................................................................................. 187

6.13. Reakcjia kodimeryzacji winyloboranw z terminalnymi

dialkinylogermanami ............................................................................................... 190

6.14. Reakcja kodimeryzacji (etynylodimetylosiloksy)silseskwioksanw

z winyloboranami ..................................................................................................... 192

Spis treci

7 LITERATURA .......................................................................................................... 198

8. SPIS STOSOWANYCH SKRTW ..................................................................... 212

9. PUBLIKACJE I WYSTPIENIA KONFERENCYJNE ...................................... 214

9.1. Publikacje zwizane z prac doktorsk .................................................................. 214

9.2. Pozostae publikacje .................................................................................................. 214

9.3. Wystpienia konferencyjne ...................................................................................... 214

10. PHD THESIS SUMMARY ....................................................................................... 216

Wprowadzenie

1

1. WPROWADZENIE

Zwizki metaloorganiczne pierwiastkw grup gwnych ukadu okresowego, a w

szczeglnoci boro-, krzemo-, germano- i cynoorganiczne, ze wzgldu na ich du

reaktywno,

a jednoczenie stosunkowo dobr stabilno chemiczn wykorzystywane s w syntezie

organicznej, jako tzw. bloki budulcowe umoliwiajce atwe wprowadzenie nienasyconych

ukadw wiza C=C, czy CC. Szeroka gama procesw demetalacji, a zwaszcza

wyrnione w 2010 roku Nagrod Nobla katalizowane kompleksami Pd sprzganie Hecka,

Suzuki, Negishi, a take Hiyamy, czy Stilla, pozwala na drodze prostych reakcji

przebiegajcych z wytworzeniem nowych wiza wgiel-wgiel wbudowa w struktur

zwizku wiele rnych grup funkcyjnych. Metody te znalazy zastosowanie chociaby

w syntezie produktw pochodzenia naturalnego, a zwaszcza tych posiadajcych liniowe

polienowe acuchy. Wykorzystanie tego typu reagentw metaloorganicznych pozwala

selektywnie otrzyma rozbudowane strukturalnie zwizki, o okrelonej geometrii, ktre

znajnduj zastosowanie w wielu gaziach wspczesnego przemysu.

Dlatego poszukuje si wydajnych i selektywnych protokow syntezy tego typu zwizkw

metaloorganicznych, ktre mona zastosowa do wprowadzenia funkcji etenylowych,

butadienylowych, czy etynylowych w struktur czsteczki. Procesy otrzymywania takich

nienasyconych reagentw metaloorganicznych przebiegaj zarwno na drodze typowych

przemian stechiometrycznych, generujcych znaczn ilo produktw ubocznych, jak

i katalitycznych prowadzcych do otrzymania podanych metaloidopodstawionych

zwizkw z wysok wydajnoci i stereo- oraz regioselektywnoci. Zastosowanie jak

najprostszych i najlepiej jednoetapowych procesw, wykorzystanie komercyjnie dostpnych

lub prostych do otrzymania reagentw oraz wysoka selektywno procesu, zwaszcza

w syntezie sprzonych ukadw zawierajcych wiele wiza nienasyconych jest wanym

zagadnieniem poruszanym przez wiele grup badawczych na caym wiecie. Ambitnym

zadaniem jest take tworzenie struktur zawierajcych przynajmniej dwa rne metaloidy,

dziki czemu moliwa jest selektywna funkcjonalizacja poszczeglnych fragmentw

czsteczki.

W tej sytuacji, badania nad metodami otrzymywania nowych borylobutadienw

oraz 1-borylo-4-metaloido(B, Ge, Si)butadienw na drodze reakcji katalitycznych

Wprowadzenie

2

oraz ich dalszym wykorzystaniem w syntezie organicznej stanowi wan ga wspczesnej

chemii metaloorganicznej. O jej duym znaczeniu wiadzy szeroka gama publikacji

dotyczcych syntezy i zastosowa tych reagentw, pojawiajca si w czasopismach

naukowych o najwyszej randze midzynarodowej.

Cz literaturowa

3

2. CZ LITERATUROWA

2.1. Metody otrzymywania borylo- oraz borylometaloidopodstawionych butadienw

Borylopodstawione buta-1,3-dieny stosowane s jako jednostki budulcowe w syntezie

polienowych ukadw - analogw zwizkw naturalnych, czy te materiaw

o waciwociach optoelektronicznych lub przewodzcych.

Ich synteza nie naley jednak do prostych i wymaga nierzadko stosowania wieloetapowych

procedur oraz stechiometrycznych iloci zwizkw metaloorganicznych 1 i 2 grupy ukadu

okresowego. Mona je take coraz czaciej uzyska na drodze katalitycznych reakcji

m.in. hydroborowania, borylacji, czy rnego typu sprzga. Poniszy przegld literaturowy

opisuje najnowsze trendy i najczciej stosowane metody syntezy tego typu reagentw.

2.1.1. Stechiometryczne metody syntezy alkenyloboranw z wykorzystaniem zwizkw

metaloorganicznych pierwiastkw bloku s i p

Wykorzystanie pochodnych zwizkw lito-[1a-e] i magnezoorganicznych[1e,f] (zwizki

Grignarda) w reakcji estrw kwasu ortoborowego z halogenkami alkenylowymi stanowi jedn

z metod otrzymania borylopodstawionych butadienw. Otrzymane dieny posiadaj identyczn

geometri, jak stosowane w toku syntezy substraty halogenowe, a zatem reakcja zachodzi

z retencj konfiguracji.[1]

(1)

Proces gem-silyloborylacji lub gem-diborylacji karbenoidw typu alkilidenowego,

generowanych przez deprotonacj z udziaem tetrametylopiperydynolitu (LiTMP)

lub butylolitu jest skutecznym sposobem syntezy dienw zawierajcych jedn lub dwie grupy

borylowe przy wizaniu nienasyconym C=C o okrelonej geometrii.[1a]

Cz literaturowa

4

(2)

(3)

(4)

-90oC do 25oC

Bpin Si HexBpin

(89%, wycznieprodukt o geometrii (E))

LiTMP/BuLi

-90oCHex

Cl

Li

-90oC do 25oCHex

Bpin

Bpin

(89%)

Bpin Bpin

ClHex

Cl

(5)

(6)

Cz literaturowa

5

Cl

1) Mg, kat ZnCl2, THF2) B(OMe)3, toluen

3) aq KHF2 / aq NaOH ML2B

M = K+, Na+.

L = F-.

(7)

(8)

W 2002 roku Venturello ze wsppracownikami przedstawili reakcj sprzonej elimincji

,-nienasyconych acetali w obecnoci superzasady Schlossera (LIC-KOR; butylolit-tert-

butanolan potasu) jako metod otrzymania (1E)-1-alkoksy-1-borylo-buta-1,3-dienw. Proces

ten jest zainicjowany reakcj metalacji nienasyconego substratu allilowego w -pozycji.[2]

OEt

OEt

1) LIC-KOR, 1) B(Oi-Pr)3H3C O CH3

OCH3

B O

OEt

OM

OEt

M = Li, K.

B(OH)2

OEt2) H2O

OHHO

(9)

Cz literaturowa

6

(10)

Zsyntetyzowane estry kwasu borowego znalazy zastosowanie w reakcji sprzgania

krzyowego halogenkw arylowych lub triflatw z jodkami lub bromkami arylowymi.[2]

Drog syntezy alkenyloboranw moe by rwnie reakcja redystrybucji halogenoboranw

z wykorzystaniem zwizkw krzemo- lub cynoorganicznych. Zalet stosowania tej metody

jest moliwo prowadzenia reakcji z wyjciowymi substratami zawierajcymi grupy

funkcyjne wraliwe na dziaanie silnych nukleofilowych zwizkw magnezu czy litu,

natomiast pewn niedogodnoci jest stosowanie trichlorku boru, atwo ulegajcego

hydrolizie z wydzieleniem HCl.[3]

(11)

2.1.2. Hydroborowanie katalityczne

Selektywne hydroborowanie enynw kompleksami [RhCl(cod)]2 i [IrCl(cod)]2 w obecnoci

tricykloheksylofosfiny jest jednym ze sposobw otrzymania borylopodstawionych buta-1,3-

dienw. Metoda ta znalaza zastosowanie w syntezie polienowych zwizkw naturalnych

posiadajcych wizania podwjne o geometrii wiza podwjnych (Z).[4,5]

(12)

Cz literaturowa

7

Takemoto wykorzysta reakcj hydroborowania, jako jeden z etapw, w toku syntezy

makrolaktyny A.[7]

(13)

Otrzymane przez Gunawana i Rizzacasa na drodze hydroborowania borylobutadieny

zaangaowane s w sprzganie Suzuki-Miyaura, a nastpnie cykloaddycj Dielsa-Aldera

z dienofilami, umoliwiajc otrzymanie eteru heptametylomulberrofuranu C.[8]

(14)

Ciekawym przykadem jest zastosowanie w procesie hydroborowania enynw kompleksw

palladu(0), ktre w zalenoci od rodzaju stosowanej fosfiny i stosunku molowego ligand/Pd

prowadz do produktw addycji 1,2- lub 1,4. W przypadku wykorzystania monofosfinowego

ligandu powstaje piciokoordynacyjny kompleks palladu z 4-enynem jako ligandem,

w wyniku czego nastpuje 1,4-insercja; natomiast przy uyciu difosfiny tworzenie

si 5-koordynacyjnego kompleksu palladu(II) jest uwarunkowane skoordynowaniem enynu

jako ligandu 2, co prowadzi do 1,2-insercji. [9]

Cz literaturowa

8

R [Pd], CHCl3, 25oC

catBH

1,4-insercja

R Bcat +

(A)

Bcat

+Bcat

(B) (C)

1,2-insercja

R = Me, C5H11, t-Bu, SiMe3.

[Pd] = Pd(PPh3)4, Pd2(dba)3/PPh3, Pd2(dba)3 / PPh2(C6F5). w przewadze powstaje produkt A

Pd2(dba)3 / dppf, Pd2(dba3) / dppb, Pd2(dba)3 / dppe. w przewadze powstaje produkt C

R

PdH

PR3

Bcat

R

PdP

PH Bcat

(15)

Reakcja diynw (np. heksa-1,6-diynu czy hepta-1,6-diynu) lub enynw z borylosilanami

lub borylostannanami w obecnoci kompleksu Pd2(dba)3 z dodatkiem 4-etylo-2,4,6-triokso-1-

fosfabicyklo[2.2.2]oktanu (etpo) prowadzi w pierwszym przypadku do silaborylujcej,

a w drugim do stannaborylujcej karbocyklizacji.[10]

(16)

W 2003 roku Hall i Gao otrzymali funkcjonalizowane borylobutadieny na drodze

chemoselektywnego hydroborowania enynw pinakoloboranem w obecnoci reagenta

Schwartza (Cp2ZrHCl).[11]

Cz literaturowa

9

(17)

(18)

Merlic i wsppracownicy zastosowali selektywne hydroborowanie ,-diynw otrzymujc

odpowiednie estry bis-borylowe, ktre pod wpywem katalizy kompleksami palladu(II)

(poprzez sekwencj reakcji cyklizacji) pozwoliy wygenerowa ukady

makrocyklicykliczne.[12a,b]

(19)

(20)

RajanBabu ze wsppracownikami przedstawili reakcje cyklizacji katalizowane kompleksami

palladu, w obecnoci R3Si-SnR3 ,-diynw, enynw i nienasyconych aldehydw,

w ktrych stosunkowo proste materiay wyjciowe przeksztaca si w wysoce

sfunkcjonalizowane karbocykliczne i heterocykliczne produkty.[13] Ta sama grupa badawcza

Cz literaturowa

10

opisaa regio- i stereoselektywn cyklizacj aksjalnie chiralnych diynw w obecnoci

[B-Sn].[14] Wykorzystane w reakcji diyny byy otrzymane na drodze reakcji Grignarda /

N-metalacji / desililacji / sprzgania Stilla / addycji trimetylosililoacetylenku litu / desililacji.

(21)

OBn

MeO

MeO

OO

MeO

MeO

1) Me3Sn-B[-N(Me)CH2CH2(Me)N-]

PdCl2, (PPh3)2,C6H6, 25oC, 6 godz.

2) pinakol, PTSA, C6H6, 25oC, 6 godz.

MeOMeO

MeO OBn

B

O

O

MeO

O

O

(80%)

(22)

W 2010 roku RajanBabu i Singidi po raz pierwszy opisali katalizowan kompleksami palladu

reakcj borostannylacji acetylenu oraz enynw jako metod otrzymywania 1-stannylo-4-

borylo-buta-1,3-dienu oraz 2-stannylo-4-borylo-buta-1,3-dienw.[15] Proces ten cechuje

si wysok chemo-, regio- i stereoselektywnoci. Tworzenie si podczas reakcji wycznie

izomeru o konfiguracji (Z) potwierdzono za pomoc spektroskopii NMR. Metoda

ta pozwolia otrzyma butadieny z dwiema grupami metaloorganicznymi z wysokimi

wydajnociami izolacyjnymi (powyej 80%), z wyjtkiem produktu zawierajcego w swoim

acuchu grup fenylow (wydajno. ok. 10%).

Cz literaturowa

11

(23)

(24)

Inn skuteczn i majc znaczenie metod syntezy dienw zawierajcych grupy borylowe

przy wizaniu nienasyconym C=C oraz metaloidy z bloku p jest katalizowana kompleksami

niklu(0) silaborylujca i germaborylujca dimeryzacja alkinw.[16]

(25)

(26)

Hydroborowanie alkinw diboranami katalizowane zwizkami miedzi poraz pierwszy

przedstawi Yun.[17] Znany jest rwnie mechanizm tej reakcji.[18] Identyczn procedur

syntezy zastosowa Miyaura, ktry uywa zwizkw miedzi(I) jako katalizatorw

hydroborowania.[19] Co ciekawe, wykazano e dodanie chlorku litu w trakcie syntezy wpywa

na wzrost wydajnoci reakcji nie zmieniajc regioselektywnoci procesu. Podobny ukad

Cz literaturowa

12

katalityczny zosta zastosowany przez Ito i wsppracownikw dla borylopodstawionych

1,3-enynw.

W zalenoci od zawady przestrzennej wok wizania podwjnego i charakteru ligandu,

reakcja ta prowadzi do uzyskania z wysok regioselektywnoci, odpowiednich

3-alkinyloboranw lub borylopodstawionych 1,3-dienw.[20]

Podstawniki o maej zawadzie przestrzennej przyczone do alkenylowego fragmentu

czsteczki indukuj hydroborowanie podwjnego wizania, natomiast due sterycznie

podstawniki prowadz do terminalnego hydroborowania alkinu. Przy umiarkowanej zawadzie

przestrzennej podstawnikw na kierunek przebiegu procesu maj natomiast wpyw ligandy

czsteczki katalizatora.[20]

(27)

2.1.3. Organoborowanie (karboborowanie) alkinw

Proces 1,1-organoborowania (karboborowania) alkinylometaloidw o oglnym wzorze

E-CC-R (gdzie E = Si, Ge, Sn, Pd) prowadzi do syntezy borylopodstawionych

alkenometaloidw, przewanie o geometrii (Z).[21,22] Wykorzystanie boranu powoduje

w trakcie reakcji rozerwanie wizania E-C w alkinie, skutkiem czego jest utworzenie

zwitterjonu, w ktrym ujemny adunek zgromadzony jest przy atomie boru, a dodatni

przy atomie metaloidu 14 grupy ukadu okresowego.[23]

Cz literaturowa

13

Zastosowanie w organoborowaniu alkenylometaloidw lub dialkinylometaloidw jest

rwnie skuteczn metod otrzymywania borylopodstawionych butadienw. W pierwszym

etapie zachodzi midzyczsteczkowe 1,1-karboborowanie, a nastpnie uzyskany

alkenyloboran ulega dalszej reakcji organoborowania prowadzcej do siloli i germoli.

W przypadku zastosowania zwizkw cyny budowa powstajcych produktw jest zalena

od rodzaju podstawnikw przy atomie boru i grupie alkinylowej, co skutkuje powstawaniem,

(oprcz odpowiednich stannoli), rwnie borylostannylopodstawionych cyklodienw.[22,24]

Proces ten umoliwia take syntez allenw funkcjonalizowanych metaloidami.[25] Poprzez

zastosowanie tetraalkinylosilanw, germananw lub stannanw moliwe jest rwnie

selektywne otrzymanie zwizkw spiro.[26]

(28)

W 2000 roku Tok, Wrackmeyer i Bubnov przedstawili wyniki karboborowania krzemo

oraz cynopochodnej acetylenu, w wyniku ktrego w mieszaninie poreakcyjnej otrzymano

rwnie 2-borylopodstawione 1,3-butadieny.[27,28]

(29)

Cz literaturowa

14

(30)

Znane s rwnie uzyskane w toku karboborowania borylopodstawione zwizki

spirocykliczne zawierajce w swoim piercieniu diazastannacykloheksan, ktre znalazy

zastosowanie w reakcjach wymiany atomu azotu na halogen w obecnoci halogenkw

nieorganicznych, dajc stannole posiadajce podstawniki halogenowe przy atomie cyny.[26c]

(31)

Metoda ta prowadzi do otrzymania borylopodstawionych zwizkw spirocyklicznych

zawierajcych w swoim piercieniu diazastannaferrocenofan.[26d] Reakcja boryloaktywnej

cyklizacji cykloheksadienonu zawierajcego fragment 1,6-enynowy z uyciem chiralnego

katalizatora pozwala rwnie skutecznie zsyntetyzowa wzbogacony enancjoselektywnie

cis-hydrobenzofuran.[29]

Odczynniki boroorganiczne posiadajce w swoim szkielecie podstawnik pentafluorofenylowy

s szeroko stosowane jako kwasy Lewisa, np. s aktywatorami w jednorodnej reakcji

Zieglera-Natty,[30] reakcji hydrosililowania,[31] reakcjach hydroaluminowania,[32]

hydrogermylowaniai,[33,34] jako kwasy Lewisa w chemii sfrustrowanych par Lewisa (FLP),[35]

a take w reakcjach 1,1-karboborowania (reakcja Wrackmeyera). W 2012 roku Erker

i wsppracownicy otrzymali borylopodstawione butadieny w wyniku zastosowania B(C6F5)3

w reakcji 1,1-karboborowania dicyklopropyloacetylenu z enynem, ktre przeksztacono dalej

w 2,3-diwodoroborole.[36]

Cz literaturowa

15

(32)

(33)

Ten sam zesp badawczy zastosowa podobne warunki reakcji 1,1-karboborylowania

z fosforopodstawionymi alkinami[37] i difenylofosforoacetylenami.[38] Hydroborowanie alkinu

borowodorkiem bispentafluorofenylowym prowadzi do otrzymania alkenyloboranu, ktry

wykorzystano dalej w alkenyloborowaniu alkinylofosfonianw prowadzc do otrzymania

odpowiadniego dienu zawierajcego wizanie koordynacyjne fosfor-bor.

(34)

W 2014 roku Erker i wsppracownicy przeprowadzili reakcj B(C6F5)3

z bis(-trimetylosililoetynylo)difenyloaminoboranem w temperaturze pokojowej i opisali

t metod jako nowy sposb otrzymania pochodnych boroli.[39]

(35)

Cz literaturowa

16

Co ciekawe, pochodne boroli powstae w wyniku obrbki bis-(trimetylosililoetynylo)

fenylboranu w obecnoci B(C6F5)3 mog dalej reagowa z 3-heksynem, dajc produkt

cykloaddycji [4+2].

(36)

2.1.4. Synteza borylopodstawionych dienw na drodze przemian metatetycznych

Metateza krzyowa alkinyloboranw z alkenami jest selektywnym procesem prowadzcym

do otrzymania 2-borylobuta-1,3-dienw.[40] Reakcja ta pozwala na uzyskanie produktw

z wysok wydajnoci, jednake stereoselektywno procesu zaley od doboru podstawnikw

w obu substratach.

(37)

Uzyskane 2-borylobuta-1,3-dieny znalazy zastosowanie zarwno w reakcji krzyowego

sprzgania, jak i w reakcji utlenienia, w ktrej ketonowy produkt wyapywany by na drodze

katalizowanej kwasem spiroketalizacji.[40]

(38)

Cz literaturowa

17

W 2005 roku Lee przedstawi otrzymywanie borylobutadienw w tandemowej reakcji

metatezy krzyowej z zamkniciem piercienia (CM-RCM) borylopodstawionych enynw

oraz ich potencjalne zastosowanie w reakcji Dielsa-Aldera. Na tamtym etapie bada

stereochemia otrzymanych produktw nie zostaa okrelona.[40]

Obecnie wiadomo, e reakcja metatezy z zamkniciem piercienia (RCM) dienylowych

estrw kwasu boronowego daje cykliczne alkenyloborany.[41] Zastosowanie tego samego

procesu wobec enynowych reagentw pozwala otrzymywa cykliczne 1,3-dienyloborany.[42]

(39)

Moliwo dalszej funkcjonalizacji fragmentu winyloboranowego[43] (np. na drodze reakcji

cykloaddycji Dielsa-Aldera) sprawia, e otrzymane reagenty stanowi wane pprodukty

syntetyczne. Reakcja ta jest jedyn jak do tej pory regio- i stereoselektywn metod

pozwalajc uzyska picio- i siedmioczonowe wglowodory cykliczne

i heterocykliczne zawierajce w szkielecie 1,3-dialkenylo-2-boroniany.

1-Borylopodstawione butadieny mona rwnie otrzyma na drodze reakcji

kometatezy winyloboranw z 1,3-butadienami. Dobr odpowiednich podstawnikw

umoliwiajcych steryczne lub elektronowe dezaktywowanie jednego wizania

nienasyconego C=C warunkuje otrzymanie produktw z wysok chemoselektywnoci

w toku przemian metatetycznych.[44]

(40)

Cz literaturowa

18

Schreiber wykaza, e allilodialkoksyborany reaguj z alkoholami allilowym

i alkoholami propargilowymi dajc w pierwszym etapie odpowiednio alliloksy-

lub propargiloksyalkoksyalliloboran, ktry dalej ulega reakcji metatezy z zamkniciem

piercienia, z wytworzeniem cyklicznych pochodnych estrw kwasu borowego. Zwizki

te znalazy zastosowanie w syntezie enonw.[45]

i-PrOB

Oi-Pr

[RuI] lub [RuII]

CH2Cl2, refluksH2O

R2

HO

R1

R2HO

R1

O

B

O

B

OHR2

R1

R1

OHR2

(41)

Analogiczne produkty cykliczne mona otrzyma w reakcjach tych alkoholi

z alkinylodialkoksyboranami.[46]

2.1.5. Olefinacja typu Takai

Olefinacja Takai[47] jest metod otrzymywania alkenyloboranw o konfiguracji (E), z bardzo

dobrymi wydajnociami oraz wysok selektywnoci.[48] Reakcja ta przebiega pomidzy

Cl2CHBpin, a aldehydami w obecnoci chlorku chromu(II). Metod t wykorzystano rwnie

w syntezie 1-stannylo-4-borylo-buta-1,3-dienu, ktry posuy jako substrat w procesie

otrzymania zwizkw naturalnych - np. Fusariu i Lucilactaene.[49]

(42)

2.1.6. Synteza borylopodstawionych dienw w reakcji sprzgania Hecka

Sprzganie Hecka winyloboranw z jodkami arylowymi lub alkenylowymi, katalizowane

kompleksmi palladu(0) lub palladu(II) (gwnie Pd(OAc)2) jest metod umoliwiajc

otrzymanie odpowiednio 1-borylo-2-arylopodstawionych etenw[50] lub 1-borylo-1,3-

butadienw.[51] Reakcje prowadzone zgodnie z tym tokiem syntetycznym charakteryzuj si

Cz literaturowa

19

dobr wydajnoci i wysok selektywnoci, natomiast dobr odpowiednich warunkw

zapobiega rwnoczesnemu zachodzeniu reakcji sprzgania Suzuki.

(43)

Borylopodstawione butadieny mona rwnie otrzyma w nastpujcej sekwencji reakcji

sprzgania Hecka / jododeborylacja / sprzgania Hecka.[51c]

(44)

Metoda ta znalaza zastosowanie w syntezie polienowych zwizkw naturalnych.[52]

(45)

Cz literaturowa

20

2.1.7. Reakcja Negishi

Poprzez zastosowanie krzyowego sprzgania typu Negishi, Knochel ze wsppracownikami

zsyntezowali stereoselektywnie 2-borylofunkcjanalizowane buta-1,3-dieny.[53] W reakcji

Dielsa-Aldera ulegaj one selektywnemu przeksztaceniu do pojedynczego diastereoizomeru.

(46)

(47)

2.1.8. Reakcje enowe

Reakcje enowe (reakcje enowe typu Aldera) zwizkw boroorganicznych katalizowane

s kompleksami rutenu, np. [RuCp(PPh3)2Cl] czy [{RuCp(CH3CN)3}PF6] i zachodzc

midzy olefinami posiadajcymi wolne allilowe protony, a enofilowymi akceptorami

np. alkinami lub innymi nienasyconymi zwizkami organicznymi.[54]

W wyniku prowadzenia syntezy pomidzy podstawionym alkenem,

a alkinylopinakoloboranem, katalizowanej kompleksem [{RuCp(CH3CN)3}PF6], moliwe jest

otrzymanie 1-borylo-1,4-dienu z dobr wydajnoci (do 80%) i wysok selektywnoci.[55]

Cz literaturowa

21

(48)

(49)

(50)

2.1.9. Reakcje za porednictwem cyrkonocenw

Poddanie dziaaniu bromku miedzi(I) 1,1-dimetaloidw tworzcych si podczas

stereoselektywnej reakcji hydrocyrkonacji alkinyloboranw z odczynnikiem Schwartza

(Cp2Zr(H)Cl) stanowi skuteczn metod syntezy borylobutadienw.[56]

(51)

Znane s rwnie prace, w ktrych podczas hydrocyrkonacji alkinyloboranw

odczynnik Schwartza zastpiono odczynnikiem Negishi (Cp2Zr(n-Bu)2).[57] Reagent

ten znalaz rwnie zastosowanie w stabilizowanej borylowanymi cyrkonacyklopropenami

Cz literaturowa

22

reakcji z alkenyloboranami. Ponadto zastosowanie ketonw lub aldehydw w omawianej

syntezie umoliwia otrzymanie 3-hydroksy-1-alkenyloboranw.[58]

(52)

OB

OPh

[Cp2ZrCl2]/2 n-BuLi

THF, -78oC

nastepnie etylen

Aryl1 = Ph.Aryl2 = Ph, 4-MeOC6H4, 4-CF3C6H4.

Cp2Zr

BpinAryl1

R Cp2Zr

Bpin

R

+[H+]Bpin Aryl1

EtH

i-PrOH

Pd(PPh3)4, CuCl

ArylI

THF, 25oC,

1 godz

Bpin Aryl1

EtAryl2

Suzuki-Miyaura

O

N

Ph Ph

Et

Aryl1

(Z)-tamoksifen

Bpin

Aryl2

Aryl1 Bpin

Aryl2

Aryl1 Bpin

Aryl2

Aryl1

(53)

Cz literaturowa

23

2.1.10. Reakcja kodimeryzacji winyloboranw z terminalnymi alkinami

Odkryta na zakadzie prof. Marcica reakcja kodimeryzacji winyloboranw z terminalnymi

alkinami i sililoalkinami, z wyjtkiem fenyloacetylenu, prowadzi w obecnoci kompleksw

zawierajcych wizanie Ru-H (w szczeglnoci [RuH(CO)Cl(PCy3)2]) do otrzymania dwch

izomerw borylo- lub borylosililopodstawionych buta-1,3-dienw - w zdecydowanej

przewadze zwizku o geometrii wiza (1E),(3E).[59,208]

(54)

Do zalet tej metody naley otrzymywanie borylo- oraz borylo(sililo)buta-1,3-dienw przy

niewielkiej iloci uytego katalizatora, jej jednoetapowo oraz wysoka selektywno

procesu.

(Reakcja ta zostanie szczegowo omwiona w Rozdziale 2.4.2.).

2.1.11. Reakcja Dielsa-Aldera

W 1992 Singleton ze wsppracownikami przedstawili wykorzystanie w reakcji Dielsa-Aldera

dienofilu (trimetylosililo)etynylo-9-BBN z acyklicznymi dienami jako wysoce

regioselektywn metod syntezy borylopodstawionego 1,4-cykloheksadienu.[60]

(55)

Cz literaturowa

24

Analogiczny tok syntetyczny wykorzystano w celu otrzymania dihalogenoborylobutadienw

z alkenylodihalogenoboranami, otrzymanych in situ w wyniku wymiany atomu boru na atom

cyny lub na atom krzemu, pomidzy chlorkiem lub bromkiem boru a alkenylostannanem

czy alkenylosilanem.[61,62] Podczas wykonywanych przez Goodmana bada mechanizmu

cykloaddycji z wykorzystaniem Teorii Funkcjonau Gstoci (DFT) obserwowano tworzenie

si w trakcie procesu dwch stanw przejciowych. Pierwszy, TS-A, otrzymano podczas

cykloaddycji [4+2], drugi w trakcie powstawania borylopodstawionego enynu. Obliczenia

wykazuj rwnie moliwo zachodzenia wieloetapowego procesu innym ni zakadano

szlakiem reakcji o silnym charakterze cykloaddycji [3+4], poprzez jon obojnaczy TS-B.[63]

Przypuszczenia te potwierdzaj rwnie badania kinetyczne.[64,65]

(56)

Znane s rwnie produkty reakcji Dielsa-Aldera katalizowanej kompleksami kobaltu(I),

prowadzcej do powstania cyklicznych dienw z funkcj borylow.[66]

(57)

Cz literaturowa

25

2.1.12. Addycja B-E do liniowych 1,3-dienw

Reakcja 1,4-addycji borylometaloidu do acyklicznych 1,3-dienw jest przykadem

otrzymywania borylometaloido(B, Ge, Si)podstawionych butadienw. Zaproponowany

mechanizm reakcji zakada tworzenie -allilowego kompleksu poprzez insercj dienu,

zachodzc najczciej do wizania M-B. Zastosowanie kompleksu platyny(0), np. Pt(PPh3)4,

w addycji bis-boranu prowadzi do otrzymania z wysok regio- i stereoselektywnoci

produktu o geometrii (Z,Z).[67]

R1 R2+ RnE Bpin

[kat]R1 R2

RnE Bpin

ERn = SiMe2Ph, SnMe3,N

BN

,O

BO

.

R1, R2 = H, Me.

(58)

Badania Mori nad stannoborylacj z udziaem kompleksu Pd2(dba)3/P(OCH2)3CEt pozwoliy

na uzyskanie produktu o tej samej geometrii z rwnie wysok wydajnoci.[68] Niestety,

w przypadku reakcji silaborylacji katalizowanej kompleksami platyny(0) oraz palladu(0)

obserwuje si nisk stereoselektywno procesu i produktami reakcji jest mieszanina

zwizkw o geometrii (E/Z).[69] Zwikszenie selektywnoci uzyskano stosujc generowany

in situ fosfinowy kompleks niklu z Ni(acac)2 i wodorku diizobutyloglinu (DIBALH),

jednake dla niesymeterycznych dienw proces nadal przebiega z do nisk

regioselektywnoci.[70]

Podczas 1,4-addycji zachodzi jednoczenie konkurencyjny proces dimeryzacji dienu.

Dowiedziono, e zastpienie kompleksu Pt(PPh3)4 w reakcji diborylowania dienw

kompleksem Pt(dba)2 powoduje zmian przebiegu reakcji w kierunku tworzenia dimeru

o geometrii wiaza podwjnych (E,E). Efekt ten obserwowano rwnie rwnie podczas

prowadzenia reakcji w niszych temperaturach.[67b]

(59)

Cz literaturowa

26

Miyaura wykaza na przykadzie diborylowania penta-1,3-dienu, e podobiestwo w budowie

dienu i katalizatora moe by odpowiedzialne za przebieg 1,2-addycji.[67b]

(60)

Zastosowanie kompleksw niklu (np. Ni(cod)2 lub otrzymanego in situ z Ni(acac)2

w obecnoci DIBALH i trietylofosfiny) w reakcji addycji B-E do liniowych

1,4-podstawionych dienw prowadzi do otrzymania mieszaniny produktw hydrosililowania

dienu i borylopodstawionego butadienu.[67d]

(61)

W doniesieniach literaturowych znane s rwnie reakcje silaborylacji cykloheksadienu[67e]

oraz cykloheptadienu katalizowane kompleksami niklu(0) lub Pt(acac)2 w obecnoci szeregu

fosfin oraz amidofosforynw, prowadzce do 1,4-borylosililopodstawionych cyklodienw.[67f]

(62)

Cz literaturowa

27

2.1.13. Reakcje z eliminacj chloru

W 2002 roku Cossio na podstawie otrzymanych wynikw analizy kwantowochemicznej przy

zastosowaniu metody DFT wykaza, e 2-borylo-1,3-butadieny s bardziej aktywnymi

dienofilami od 1,3-butadienw, w wyniku czego wizanie podwjne w ssiedztwie atomu

boru w 2-borylo-1,3-butadienie charakteryzuje si znacznie wiksz aktywnoci

w procesie termicznej cykloaddycji.[71] Reakcja z eliminacj chloru z estru pinakolowego

kwasu 1,4-dichloro-2-buteno-2-yloboronowego w obecnoci chlorku chromu(II) daje

monomer 2-borylo-1,3-butadienu. W celu otrzymania borylopodstawionego alkoholu

w jednoetapowej reakcji z eliminacj czsteczki chloru, zachodzcej podczas reakcji

Dielsa-Aldera, syntez przeprowadzono w obecnoci metalicznego indu oraz jodku litu.[71]

(63)

(64)

(65)

2.1.14. Inne katalityczne metody syntezy alkenyloboranw

Zaproponowana przez Barretta reakcja hydroborowania (E)-hept-3-en-1-ynu prowadzi

do dienylowego kwasu boronowego, ktry nastpnie znalaz zastosowanie w katalizowanej

Cz literaturowa

28

kompleksem palladu reakcji krzyowego sprzgania wykorzystanej w syntezie totalnej

Restryctynolu.[72]

(66)

W 2005 roku Shirakawa wraz ze wsppracownikami opublikowali

katalizowan kompleksem rutenu podwjn addycj trimetylosililodiazometanu

(reagenta Colvina) do alkinyloboranu jako metod otrzymania tris-metaloido-1,3-dienw.[73]

Me3SiCHN2 + R B(0i-Pr)2

1) 10% [CpRu(cod)Cl]

2) pinakol, benzen

Me3Si SiMe3

BpinR

(82%)

(67)

Matacria i Vollhardi w swoich pracach z 2007 roku zaproponowali wykorzystanie

katalizowanej kompleksem kobaltu [CpCo(C2H4)2] kocyklizacji dwch czsteczek

alkinyloboranu z etylenem w celu otrzymania dwuborylopodstawionych cykloheksa-1,3-

enw.[74]

(68)

Katalizowane kompleksami palladu(0) krzyowe sprzganie alkenylowych chlorkw

cynku z bromkami boryloalkenylowymi umoliwia syntez borylopodstawionych dienw.

Niektre z otrzymanych produktw byy dalej wykorzystywane, jako aktywne reagenty

w tandemowej sekwencji reakcji Dielsa-Aldera / allilowania z wytworzeniem bicyklicznych

laktonw.[75]

Cz literaturowa

29

(69)

W 1999 roku opisano syntez dienyloboranw zawierajcych chiralne atomy

boru i azotu. Dienylowy kompleks zsyntetyzowano poprzez wymian ligandu

w dietoksydienyloboranie i reakcji Dielsa-Aldera z N-fenylomaleimidem.[76]

(70)

Znany jest rwnie chemo- i stereoselektywny proces syntezy 4-chloro-1,3-

butadienyloboranianu, (w ktrym atom boru jest skoordynowany z atomem azotu) w reakcji

estru (E)-(2-pinakoloetenylowego) kwasu borowego z 1-chloro-2-jodoetenem, katalizowanej

PdCl2(dppf)CH2Cl2 w obecnoci bezwodnego fosforanu(V) potasu.[77]

(71)

W 2005 roku Yamamoto ze wsppracownikami przedstawili katalizowan

kompleksem [Cp*RuCl(cod)] reakcj cyklotrimeryzacji trzech niesymetrycznych alkinw,

z ktrych jeden stanowi alkinyloboran. Postuluje si, e otrzymany i scharakteryzowany

borylopodstawiony dienylowy kompleks rutenu jest pproduktem w tym procesie.[78,79]

Cz literaturowa

30

(72)

W doniesieniach literaturowych znane s rwnie procesy syntezy

borylopodstawionych butadienw, w ktrych wizania podwjne C=C nie s ze sob

sprzone.[1a]

(73)

2.1.15. Synteza heteroaromatw zawierajcych podstawniki boroorganiczne

Istotny jest fakt, e w zwizkach aromatycznych moliwe jest wprowadzenie podstawnikw

boroorganicznych z pominiciem wczeniejszego procesu transmetalacji.[80,81]

Borylopodstawione aromatyczne wglowodory jak i heteroaromaty, umoliwiy syntez

nowych arylowych lub heteroarylowych zwizkw organicznych i produktw naturalnych.

Tak szeroki potencja zastosowa tego typu reagentw, spowodowa gwatowny wzrost

intensywnoci bada nad t tematyk nie tylko w kwestii nowych drg syntetycznych,

ale rwnie rozwaa mechanistycznych i kinetycznych. Ze wzgldu na du ilo doniesie

literaturowych dotyczcych rnych metod otrzymywania heteroaromatw zawierajcych

podstawniki boroorganiczne, ogranicz si do przedstawienia tylko kliku syntez.

Mechanizm reakcji cykloaddycji tetrazyny z alkinyloboronianem badano zarwno przy

wykorzystaniu metod kwantowochemicznych DFT[82] jak i pomiarw kinetycznych.[83,84]

(74)

Cz literaturowa

31

W 2001 roku Harrity z wsppracownikami opisali wysoce regioselektywn syntez estrw

chinonu kwasu boranowego poprzez reakcj annulacji Dtza kompleksw karbenowych

Fischera[85,86] z alkinyloboranami.[87]

(75)

Regioselektywne reakcje cykloaddycji alkinyloboronianw z tlenkami nitrylowymi,[88]

1,4-oksazyn-2-onami, 2-pirazolonem [81,89,90] i pochodnymi syndnonu[91] pozwalaj

syntetyzowa rne heteroarylo- i aryloboroniany.

(76)

Borylopodstawione zwizki arylowe peni kluczow rol w syntezie organicznej.[92]

Stanowi one rwnie bloki budulcowe w syntezie produktw naturalnych, np. inhibitor

kinazy KDR,[93] terpreniny,[94] czy antagonistw histaminy.

Cz literaturowa

32

2.2. Metody otrzymania germylopodstawionych butadienw

2.2.1. Reakcja otwarcia piercienia germylobutenw

Znanych jest tylko kilka metod syntezy germylopodstawionych buta-1,3-dienw. W celu

otrzymania tego typu reagentw Murakami i wsppracownicy przeprowadzili cykl reakcji,

w ktrych ostatnim etapem by proces otwarcia piercienia 3-germylocyklobutenu.[95]

W wyniku syntezy otrzymano mieszanin germylopodstawionych (E) i (Z) dienw

w ilociach praktycznie rwnomolowych.

(77)

2.2.2. Hydroborowanie katalityczne

Sililo-, stannylo- i germyloborylobutadieny skutecznie mona otrzyma w procesach

odpowiednio sililo-, stannylo- lub germyloborowania alkinw. Najczsciej jako katalizatory

stosuje si kompleksy niklu(0),[10] jednak Suginome i wsppracownicy wykorzystali

w procesie tym katalizatory z innymi metalem 10 grupy ukadu okresowego jako atomem

centralnym, np. [Pd(acac)2] oraz [Pt(CH2=CH2)(PPh3)2].[16] Reakcja katalizowana

kompleksem [Ni(acac)2] prowadzi selektywnie do uzyskania borylogermylopodstawionych

butadienw, z kolei zastosowanie platyny(0) powoduje powstawanie

(Z)-borylogermylobutadienu, natomiast wykorzystanie kompleksw palladu(0) daje

mieszanin produktw A i B.

Cz literaturowa

33

(78)

2.3. Zastosowanie borylopodstawionych dienw w syntezie organicznej

Synteza funkcjonalizowanych zwizkw o rozbudowanej strukturze zawierajcej nienasycone

wizania C=C czy CC nie byaby czsto moliwa bez udziau zwizkw

metaloorganicznych grup gwnych ukadu okresowego, a w szczeglnoci krzemo-, boro-,

cyno- i germanoorganicznych.

Zwizki boroorganiczne, obok reagentw krzemoorganicznych, znajduj najwiksze

zastosowanie w nowoczesnej syntezie ze wszystkich organometaloidw dziki ich wysokiej

reaktywnoci, duej odpornoci na wilgo i niskiej toksycznoci. Podstawniki boroorganiczne

korzystnie wpywaj te na parametry fizykochemiczne nowoczesnych materiaw.[96-98]

Dienyloborany, a zwaszcza dienylosililoborany stosowane s jako jednostki budulcowe

w syntezie zwizkw organicznych, a take produktw naturalnych. Szerokie perspektywy

aplikacyjne borylopodstawionych butadienw wynikaj z atwoci przeprowadzania procesw

przeksztacania grupy borylowej, sililowej bd germylowej w inne grupy funkcyjne.

Co wicej, jednoczesna niesymetryczna funkcjonalizacja buta-1,3-dienw grupami

borylowymi i sililowymi (lub germylowymi) otwiera moliwo selektywnego zastpienia

jednej z tych grup z pozostawieniem niezmienionej drugiej, co stwarza perspektyw

jej dalszej modyfikacji poprzez funkcjonalizacj w innym procesie syntetycznym. Obecnie

najintensywniejszy rozwj przeywaj badania katalitycznych przemian z udziaem tego typu

zwizkw metaloidoorganicznych.

Potencjalne procesy syntetyczne z zastosowaniem reakcji hydrometalacji (w szczeglnoci

hydrosililowania, hydroborowania i hydrogermylowania), metatezy olefin, trans-metalacji

(sililujcego, germylujcego, borylujcego sprzgania) czy bismetalacji, katalizowanych

najczciej kompleksami metali przejciowych, borylometaloidopodstawionych butadienw

umoliwiaj generowanie szerokiej gamy odczynnikw metaloorganicznych z okrelon

stereo- i regioselektywnoci. Produkty tych przemian mog by wykorzystywane

Cz literaturowa

34

w rnorodnych procesach demetalacji i sprzgania (Suzuki, Hecka, Hiyamy, Sonogashiry,

Stilla), ktre umoliwiaj wytworzenie zwizkw trudnych lub praktycznie niemoliwych

do otrzymania metodami niekatalitycznymi.

reakcjeDielsa-Aldera

haloemetalacja

utlenianie

(79)

Poniszy przegld literaturowy przedstawia jedynie wybrane procesy zachodzce z udziaem

pochodnych borylopodstawionych butadienw.

2.3.1. Wykorzystanie borylobutadienw w reakcji Dielsa-Aldera

Proces syntetyczny reakcji pericyklicznej Dielsa-Aldera[99-102] / allilowanie[103, 104] dienu

z borylobutadienem zawierajcym sprzony ukad wiza nienasyconych C=C nazywany

jest tandemow sekwencj Vaultiera.

(80)

Cz literaturowa

35

Sekwencja ta jest bardzo uyteczna w syntezie Klerodanu,[60,105] bdcego produktem

naturalnym wykorzystywanym przemysowo ze wzgldu na swoj wysok aktywno

przeciwgrzybiczn wobec fitopatogenw (gwnie Fusarium oxysporum i Verticillium

tricorpus), oraz antyfidantowe waciwoci wobec szkodliwych owadw.

BO

O

MeO2C

80oC, 12 godz,B

O

O

MeO2C

1)O OBn

benzen, 20oC, 4 godz.

2) THF/H2Orefluks

BnO

HO

H

CO2Me

O

O

H

OAcAcO

O

Klerodan

(81)

Jedynym ograniczeniem zastosowania tego typu procesu w syntezie zwizkw organicznych

i produktw naturalnych jest konieczno doboru odpowiedniego dienofilu, z ktrym

ma reagowa 1,3-dienyloboran.[11] Problem ten wymusi podjcie rnych strategii

prowadzenia reakcji. Dodanie stechiometrycznych iloci fluorku cezu skutkowao

wytworzeniem podczas syntezy bogatych w elektrony kompleksw, ktre wykazyway

wiksz aktywno w procesie cykloaddycji.[106]

(82)

(83)

Opisana jest rwnie, w wyniku reakcji Ramberga-Backlunda, niediastereoselektywna synteza

borylobutadienu z N-fenylomaleimidem.[1f, 107]

Cz literaturowa

36

(84)

Vaultier i Mortier przedstawili zastosowanie otrzymanych borylobutadienw zarwno

w wyniku katalizowanej kompleksami palladu(0) reakcji krzyowego sprzgania

alkenylowych chlorkw cynku z bromkami boryloalkenylowymi, a take w procesie

hydoborowania enynw, jako aktywnych reagentw w midzyczsteczkowej jak

i wewntrzczsteczkowej reakcji Dielsa-Aldera, oraz w tandemowej sekwencji reakcji Dielsa-

Aldera / allilowanie z wytworzeniem bicyklicznych laktonw.[75]

(85)

Znane jest zastosowanie w reakcji Dielsa-Aldera bismetaloidw zawierajcych w swojej

strukturze atomy boru i cyny.[108] Pomimo elektronodeficytowego charakteru atomu boru

wysoka reaktywno stannyloborylobuta-1,3-dienw z dienofilami sugeruje tworzenie si

z niemal ilociow wydajnoci endo-adduktu.[109] Funkcjonalizacja tych zwizkw jest take

moliwa poprzez tandemow sekwencj Vaultiera.

(86)

Dwuborylopostawione butadieny wykazuj wysz reaktywno w reakcji cykloaddycji

ni ich monopodstawione odpowiedniki.[110]

Cz literaturowa

37

Prace Jianga wykazay moliwo zastosowania cykloaddycji borylobutadienw w obecnoci

zwizkw azowych.[111] Tok syntetyczny prowadzi do otrzymania -aminoboranianw,

ktre s kluczowymi produktami porednimi w cyklu inhibitorw trombiny.[112]

(87)

Prowadzono badania nad diastereoselektywn reakcj Dielsa-Aldera z wykorzystaniem

N-fenylomaleimidu oraz 4-fenylotriazolino-3,5-dionu.[92, 113, 112c]

(88)

(89)

Renard opisa interesujce reakcje, w ktrych jako reagenty stosowano akrylan metylu

i chiralne dienowe pochodne borylowe.[114]

(90)

Znane s prace omawiajce wykorzystanie reakcji Dielsa-Aldera do syntezy wglowodorw

cyklicznych i heterocyklicznych zawierajcych w szkielecie 1,3-dialkenylo-2-boroniany.[42]

Cz literaturowa

38

(91)

Reakcje cykloaddycji katalizowane zwizkami cynku i kobaltu cechuje wysoka regio-

i diastereoselektywno oraz dobra enancjoselektywno.[115-117]

W 2007 roku Carboni zastosowa 1,3-dienyloboroniany w katalizowanej kompleksami

palladu sekwencji reakcji cykloizomeryzacji / Dielsa-Aldera / allilowania oraz

w katalizowanym kompleksami rutenu toku syntetycznym metatezy krzyowej / metatezy

z zamkniciem piercienia / reakcji Dielsa-Aldera.[118]

TosN

B(OR)2

Pd2(dba)3,

AcOH, PPh3

kat. Ru GrubbsaII

TosN

TosN

B(OR)2

B(OR)2

1) N-fentlomaleimid

1) N-fenylomaleimid

2) PhCHO

2) H2O2, NaOH

TosN NPh

O

OPh OH

TosN

NPh

OH

O

O

(92)

Ineresujce s prace Mackayego i Sherbuna z 2013 roku z uyciem borylopodstawionych

heterodendralenw w reakcjach Dielsa-Aldera.[119] [3]-1-Heterodendraleny, poprzez analogi

do odpowiednich karbotrienw, zostay wykorzystane w kontrolowanej sterycznie syntezie

policyklicznych heterocykli.[119-121]

(93)

Cz literaturowa

39

Opisana zostaa procedura syntezy pochodnych trjcyklicznych imidw.[119-121]

(94)

Autorzy opisuj rwnie tandemow sekwencj reakcji hetero Dielsa-Aldera / alliloborylacji /

Dielsa-Aldera, a take Dielsa-Aldera / alliloborylacji.[119-121]

(95)

(96)

2.3.2. Tandemowa reakcja krzyowego sprzgania Suzuki-Miyaura

Occhiato i wsppracownicy przedstawili, wykorzystanie powstaych podczas sprzonej

reakcji elimincji ,-nienasyconych acetali w obecnoci butylolitu-tert-butanolanu potasu,

-etoksydienyloborinianw w reakcji Suzuki-Miyaura z winylotriflatowymi pochodnymi

laktonw. W wyniku tego prosesu otrzymymano funkcjonalizowane pochodne

Cz literaturowa

40

6-(1-etoksy-1,3-butadienylo)dihydropiranu, ktre poddane cyklizacji Nazarova daj

spirocykliczne ketony.[2d]

R2

R1

O

B

O

O +

O OTfR3

R4

BO

O=

O

O

B,OBO

.

(Ph3P)2PdCl2

2M K2CO3,

THF, 25oCOR3

R4 R5R5

O

R2

R1 cyklizacja Nazarova

O O OO

R1 R2R4 R5

OO

R2R1

R2R1

R3R3

R4 R5 R4 R5

R3

+ +

R1 = R3 = R4= R5 = Me, H.

R2 = Me, H, Et.

(97)

Wilczak poprzez reakcj sprzegania Suzuki-Miyaura otrzyma funkcjonalizowane grupami

arylowymi 1,4-butadieny.[49a]

(98)

Znane jest wykorzystanie 2,3-bis(pinakolo)borylo-1,3-dienu w syntezie zarwno

symetrycznych, jak i niesymetrycznych dendralenw.[118]

(99)

Gunawan i Rizzacas wykorzystali borylobutadieny w reakcji sprzgania Suzuki-Miyaura.

Uzyskane produkty poddali nastpnie cykloaddycji Dielsa-Aldera co umoliwio otrzymanie

eteru heptametylomulberrofuranu C.[8]

Cz literaturowa

41

(100)

Smith ze wsppracownikami zaproponowali wykorzystanie otrzymanych w reakcji Negishi

borylopodstawionych butadienw w krzyowym sprzganiu Suzuki w celu otrzymania

(+)-Kalikuliny A oraz (-)-Kalikuliny B.[122]

(101)

Omawiane reakcje s czsto stosowane jako jeden z etapw w syntezie analogw zwizkw

naturalnych, umoliwiajcych wprowadzenie grup funkcyjnych z wysok wydajnoci

i selektywnoci.[123,124]

Cz literaturowa

42

(102)

(103)

(104)

Burke ze wsppracownikami zaproponowa zastosowanie 4-chloro-1,3-butadienyloboranianu

jako prekursora kwasu -parynowego,[125] substancji ktra ze wzgldu na waciwoci

fluorescencyjne nadane przez sprzony ukad tetraenowy jest powszechnie wykorzystywana

jako sonda molekularna stosowana w celu okrelenia charakterystycznych membran i bon

lipidowych w hodowlach kultur komrek pochodzenia zwierzcego.[126]

Cz literaturowa

43

(105)

Ciekawe jest zastosowanie trienometaloidu 2-[(1E,4Z,6Z)-1,4,6-undekatrieno]-1,3,2-

dioksaborinanu, ktry w reakcji Suzuki z 1-chloro-2-jodoetenem katalizowanej kompleksem

Pd(PPh3)4 jest substratem do otrzymania prekursorw (13E,15E,18Z,20Z)-1-

hydroksypentakoza-13,15,18,20-tetraen-1-yn-4-on-1-octanu, bdcym naturalnym jadem

mrwkowym.[126]

(106)

2.3.3. Reakcja sprzgania Stille'a

Reakcja Stillea jodkw, bromkw i triflatw organicznych wraz z otrzymanymi w olefinacji

Takai, hetero-bis-metalo-1,3-butadienami katalizowana kompleksami Pd np. Pd2(dba)3,

P(furyl)3 oraz PdCl2(CH3CN)2 pozwala z wysokimi wydajnociami izolacyjnymi otrzyma

nowe funkcjonalizowane borylopodstawione buta-1,3-dieny.[49a]

kwas -parynowy

Cz literaturowa

44

(107)

Ci sami autorzy wykorzystali 1-stannylo-4-borylobuta-1,3-dieny w procesie otrzymywania

dwustronnie funkcjonalizowanych butadienw wykorzystujc reakcje one-pot Stillea /

Suzuki-Miyaura, bez izolacji produktw porednich. Jeden z omawianych przez Walczaka

i wsppracownikw, 1-stannylo-4-borylo-buta-1,3-dien, posuy rwnie jako substrat

w syntezie zwizkw naturalnych np. Fusariu i Lucilactaene.[49a]

(108)

2.3.4. Reakcja aldehydw z bis(pinakolo)diboranem

Opisana w 2007 roku przez Shimizu i wsppracownikw reakcja trjkrotnej addycji

alkilowych i arylowych aldehydw z bis(pinakolo)diboranem w obecnoci Pt(PPh3)4 daje

z wysok wydajnoci izolacyjn 2,3-bis(alkilideno)alkano-1,5-diole.[118b]

Cz literaturowa

45

(109)

2.3.5. Asymetryczne homoallenylborowanie z aldehydami

Badania stechiometryczne oraz katalityczne procesu reakcji asymetrycznego allenylowania

odgrywaj coraz wiksz rol w syntezie organicznej. W 2011 roku Yu przedstawi

zastosowanie chiralnego 2-borylobutadienu w enancjoselektywnej syntezie

homoallenylowych alkoholi. Kluczowym etapem reakcji jest transfer grupy allilowej

na -atom wgiela aldehydu.[128] Reakcja ta zostaa rwnie opisana w 2009 roku przez

Soderquista jako metoda otrzymania anti-1,2-dwupodstawionych-3,4-pentadieno-1-oli

z pochodnych (E)-2-borylo-1,3-butadieno-10-TMS-9-BBD.[1e]

(110)

(111)

(112)

Cz literaturowa

46

Zsyntetyzowane alkohole poddano zarwno ozonolizie do anti--podstwionych--

hydroksykwasw, a take katalizowanej kompleksami rutenu cyklokarbonylacji Takahashi

uzyskujc ,-nienasycone -laktony.[1e]

Znana jest asymetryczna alliloborylacja N-H aldimin z optycznie czystymi trans-4-

podstawionymi 2-borylo-1,3-dienami do wytwarzania diastereomerw anti-1,2-

dipodstawionych-3,4-pentadieno-1-amin o bardzo wysokiej czystoci optycznej (> 98% d.e.,

98% e.e.).

Aminy w utleniajcym procesie Sharplessa, katalizowanym chlorkiem rutenu(III)

i nadjodanem sodu, przeksztacane s w m.in. chlorowodorek kwasu (2R,3S)-2-metylo-3-

fenylo-3-aminopropanowego i stanowi istotne zwizki porednie w syntezie produktw

naturalnych i czsteczek o waciwociach farmakologicznych. Soderquist

ze wsppracownikami przedstawili analogiczne syntezy (Z)-2,3-dwupodstawionej

piperydyny i ,-dwupodstawionych--aminokwasw.[129]

2.3.6. Reakcja 1,3-dipolarnej cykloaddycji

Znane s prace opisujce wykorzystanie (+)-pinanodiolo-3-metylo-1,3-butadienoboranianu

w reakcji z generowanymi in situ tlenkami nitrylowymi, w procesie asymetrycznej

1,3-dipolarnej cykloaddycji prowadzcej do bis(izoksazoliny). Otrzymane produkty powstaj

poprzez zaangaowane w reakcji cykloaddycji obu wiza podwjnych butadienoboranu.[111]

(113)

2.3.7. Reakcja Petasisa

Wikszo sekwencji tandemowych z udziaem borylopodstawionych 1,3-dienw zwizane

jest z reakcj cykloaddycji Diesla-Aldera, co zostao omwione w rozdziale 2.4.1. Jednak

Cz literaturowa

47

w 2013 roku Norsikian oraz Beau i wsppracownicy opisali now sekwencj przemian

tandemowych z uyciem tego typu metaloidw.[113] Proces ten zachodzi wedug schematu

reakcja Petasisa / wewntrzczsteczkowa [4+2] cykloaddycja / metateza krzyowa / reakcja

Michaela i pozwoli z dobr wydajnoci oraz pen stereokontrol syntetyzowa nowe

policykliczne heterocykle.

(114)

2.3.8. Inne reakcje borylopodstawionych butadienw w syntezie zwizkw naturalnych

Zastosowanie otrzymanych przez zesp RajanBabu, w wyniku borylostannylacyjnej

cyklizacji aksjalnie chiralnych diynw w obecnoci [B-Sn] borylopodstawionych reagentw

dibenzocyklooktadienowych umoliwio syntez kilku cytotoksycznych

dibenzocyklooktanodienw (DBCOD) tj. Gomisinu E, Inerioferinu A, Angeloylgomisinu[16,130]

Prace te otwieraj now drog do otrzymania dibenzocyklooktanodienw uzyskiwanych

do tej pory jedynie z ekstraktw rolinnych, np. Gomisinu R, Schizantferinu D, (-)-Wuweizisu

C, (-)-Steganacinu, Gomisinu O.

Cz literaturowa

48

(115)

Wycigi zawierajce DBCOD z rolin rodzaju tj. Kadsura i Schisandra s uywane

w tradycyjnej chiskiej praktyce lekarskiej ze wzgldu na waciwoci przeciwwirusowe oraz

jako rodki przeciwkaszlowe.[131] Ekstrakty te wykazyway rwnie aktywno w inhibicji

wirusowego zapalenia wtroby typu B.[132] Kilka pochodnych DBCOD ma szeroki

zakres aktywnoci biologicznej, w tym hamowanie replikacji wirusa HIV w dawkach

na poziomie g/ml.[133] Badania biologiczne wykonane przez Lee i wsppracownikw

nad Gomisin-G ujawniy, e zsyntezowane pochodne dibenzylocyklooktadienu, w ktrych

funkcjonalizowano grup hydroksylow w piercieniu cyklooktanodienu, wykazuj

wzmoon aktywno przeciwko wirusowi HIV.[134]

W 2007 roku Welker ze wsppracownikami opublikowali proces hydrolizy /

oligomeryzacji borylopodstawionych 1,3-butadienw dajcy 6,9,16,19-tetrafenylo-5,15-

distyrylo-3,13,25,26-tetraoksa-2,12-diboranopentacyklo[16.2.2.28,11.12,5.112,15]-heksakoza-

1(20),7,10,17-tetraen.[135]

(116)

Do powstawania makrocyklu przyczynia si protonoliza niektrych wiza C-B 1-fenylo-

1,3-dienylo-3-trifluoroboranu potasu. Terminalne wizanie podwjne 1-fenylo-1,3-butadienu

bierze udzia w reakcji elekrofilowej addycji z wewntrznym wizaniem drugiej czsteczki

1-fenylo-1,3-butadienu. Ostatni etap procesu - reakcja Dielsa-Aldera z borylopodstawionym

butadienem - daje podany produkt kocowy.

Cz literaturowa

49

(117)

2.3.9. Halogenowanie

Dehaloborylacja alkenyloboranw, w zalenoci od stosowanych reagentw, prowadzi

do halogenopodstawionych olefin z retencj lub inwersj konfiguracji. Potraktowanie

alkenyloboranw bromem lub jodem w bezwodnym eterze dietylowym, a nastpnie

wodorotlenkiem potasu, umoliwia syntez odpowiednio bromo- lub jodoalkenw. Proces

ten przebiega jednake z inwersj konfiguracji.[136]

Dowiedziono, e w wyniku jododeborylacji z uyciem matalicznego jodu w obecnoci

wodorotlenku sodu lub chlorku jodu w metanolanie sodu, kolejno dodawania reagentw

decyduje o stereoselektywnoci reakcji, dajc odpowiednio izomer o geometrii (Z),

albo (E).[137,138]

To selektywne jododeborylowanie, w poczeniu ze reakcj sprzgania Hecka i Suzuki,

zostao wykorzystane w syntezie dienw o zdefiniowanej geometrii wiza podwjnych.[51c]

(118)

Cz literaturowa

50

2.4. Procesy trans-metalacji winylometaloidw z terminalnymi alkinami. Aktywacja

wizania Csp-H

Synteza funkcjonalizowanych zwizkw 13-tej i 14-tej grupy ukadu okresowego

pierwiastkw, zawierajcych nienasycone wizania C=C czy CC, jest bardzo istotn gazi

chemii metaloorganicznej. Ze wzgldu na ich potencjalne zastosowanie jako blokw

budulcowych lub syntonw w syntezie zwizkw organicznych o cile zdefiniowanej

strukturze i geometrii oraz produktw naturalnych, obserwuje si intensywny rozwj bada

nad t grup reagentw oraz rnorodno podejmowanych strategii otrzymywania tego typu

ukadw. Szerokie perspektywy zastosowania w katalizie wynikaj z atwoci

przeprowadzania procesw wymiany grupy funkcyjnej metaloidu na inne grupy funkcyjne.

Std te sililo-, borylo-, germylo- lub stannylopodstawione olefiny i alkiny stay si atwym

narzdziem w tworzeniu unikatowych odczynnikw.[138-141]

Od ostatnich dwch dekad Profesor Marciniec wraz z zespoem specjalizuj si w syntezie

sililo-, germylo- i borylopodstawionych olefin i alkinw wykorzystujc zalety reakcji trans-

metalacji.[142,143] To katalityczne przeksztacenie w obecnoci kompleksw metali

przejciowych (TM), zawierajcych lub generujcych in situ wizanie TM-H lub TM-E

(szczeglnie kompleksy [RuH(CO)Cl(PCy3)2] i [RuH(CO)Cl(PPh3)3]), bazuje na aktywacji

wizania C-E winylometaloidu i wizania Csp2-H olefiny[144-146] lub Csp-H alkinu.

(119)

2.4.1. Reakcje sililujcego i germylujcego sprzgania z terminalnymi alkinami

Opracowana przez zesp Profesora Marcica katalityczna reakcja przemiany alkinw

na drodze trans-sililowania lub trans-germylowania jest skuteczn i wysoce selektywn

metod otrzymywania podstawionych sililo- lub germyloalkinw.[146] Proces ten zachodzi

Cz literaturowa

51

w wyniku aktywacji wizania Csp-H w terminalnych alkinach oraz etynylometaloidach

(R3E-CC-H, gdzie E = Si i Ge).

(120)

Wyniki bada stechiometrycznych przeprowadzonych przy wykorzystaniu spektroskopii

protonowego magnetycznego rezonansu jdrowego 1H NMR w niskich temperaturach, a take

doniesienia literaturowe dotyczce sposobu insercji alkinw do kompleksw sililowych

metali przejciowych[147,148] pozwoliy zaproponowa mechanizm reakcji winylometaloidw

(winylogermanw i winyloosilanw) z terminalnymi alkinami. Cykl katalityczny reakcji

sililujcego sprzgania z terminalnymi alkinami zosta podzielony na dwie czci. Pierwszy

etap procesu zachodzi analogicznie do reakcji sililujcego sprzgania winylosilanw

z olefinami.[144-146] Mechanizm ten zosta zbadany i potwierdzony przez obliczenia

kwantowochemicze metod DFT.[149] Cykl katalityczny rozpoczyna si insercj

winylometaloidu do wizania TM-H kompleksu, a nastpnie -przeniesieniem metaloidu

do centrum koordynacyjnego kompleksu metalu wraz z jednoczesn eliminacj etylenu.

(121)

Cz literaturowa

52

Druga cz mechanizmu rozpoczyna si insercj alkinu do wizania Ru-E z wytworzeniem

diastereoizomerycznych winylenowych kompleksw rutenu. W wyniku pniejszej

-H eliminacji tworzy si produkt kocowy ((E)-podstawiony alkin) i dochodzi

do odtworzenia wyjciowego hydrydowego kompleksu rutenu.

Poniewa insercja alkinu do wizania M-Si kompleksw metali przejciowych zawsze

prowadzi do generowania izomeru (Z) kompleksu sililoalkenylowego, a obserwowanym

produktem reakcji jest (E)-podstawiony alkin, istotnym i wymaganym krokiem

proponowanego cyklu katalitycznego jest konieczno zachodzenia, po etapie insercji alkinu,

transformacji izomeru kompleksu (Z) do (E). Mechanizm tej izomeryzacji nie zosta jeszcze

udowodniony, ale rozwaane s metody powstawania zwizku poredniego kompleksu

trjcentrowego[150] lub jonu obojnaczego,[151] dziki ktremu zachodziby omawiany proces

katalityczny.

2.4.2. Reakcja kodimeryzacji winyloboranw z terminalnymi alkinami

W przeciwiestwie do winylopochodnych krzemu i germanu, reakcja winyloboranw

z terminalnymi alkinami w obecnoci kompleksw z wizaniem Ru-H ma inny przebieg

i zamiast oczekiwanych alkinyloboranw, jako produkty daje borylopodstawione buta-1,3-

dieny, z preferencj izomeru o geometrii (E,E).[59] Najwiksz aktywno katalityczn

wykazywa w tym procesie kompleks [RuH(CO)Cl(PCy3)2].

R[Ru-H]

toluen OB

O RBO

O

R = SiEt3, SiMe2Ph, Si(Me2)t-Bu, SiMe3, Si(i-Pr)3) Cy,

B =O

O OB

O

OB

O

OB

O, ,

OTMS

TMSO, .

+

.

(64-81%)

+ R R + BO

O

BO

O

A,B C D

(122)

Za odmienny przebieg tego toku syntetycznego odpowiedzialna jest nisza reaktywno

winyloboranw w reakcji kodimeryzacji z terminalnymi alkinami w stosunku

Cz literaturowa

53

do obserwowanej w procesie z winylosilanami i winylogermanami. Tworzenie

si winylenowego kompleksu przez insercj alkinu do wizania Ru-H jest znacznie szybszym

procesem ni generowanie kompleksu z wizaniem Ru-B, skutkiem czego reakcja

ta przebiega zgodnie z innym mechanizmem. Analiza wynikw bada stechiometrycznych

przeprowadzonych przy wykorzystaniu spektroskopii protonowego magnetycznego rezonansu

jdrowego 1H NMR wykonanych dla reakcji hydrydowego kompleksu rutenu

[Ru(CO)ClH(PCy3)2] z trietylosilyloacetylenem i winyloboranem pozwolia zaproponowa

dla tej reakcji poniszy cykl katalityczny.[59]

(123)

Badania stechiometryczne potwierdziy, e w pierwszym etapie procesu nastpuje tworzenie

si winylenowego kompleksu rutenu przez wprowadzenie terminalego alkinu do wizania

Ru-H (powstanie dwch dubletw przy = 5.63-5.66 i 8.80-8.85 ppm przypisane nowo

wygenerowanemu kompleksowi i zanik trypletu przy = -24.3 ppm charakteryzujcego

wyjciowy katalizator - wizanie Ru-H). Regeneracj pocztkowego kompleksu w ukadzie

reakcyjnym (tryplet przy -24.3 ppm od wizania Ru-H) zaobserwowano po upywie 24 godzin

od momentu dodania winyloboranu. Pojawienie si nowych linii rezonansowych

charakterystycznych dla atomw wodoru przyczonych do wizania C=C w widmie 1H NMR oraz widma masowe wiadcz o tworzeniu si borylopodstawionego butadienu.

Cz literaturowa

54

(124)

a) Widmo 1H NMR tworzcego si in situ sililowinylenowego kompleksu rutenu.

b) Widmo 1H NMR reakcji stechiometrycznej 2-winylo-1,3-dioksaborinanu

z sililowinylenowym kompleksem rutenu. Wyniki uzyskane po 24 godzinach od dodania

borinanu do ukadu reakcyjnego.[59]

(125)

Analiza mieszaniny reakcyjnej przy uyciu chromatografii gazowej ze spektometrem mas

(GC-MS) rwnie potwierdzia powstanie bis(borylo)etenu D - produktu utworzonego

w konkurencyjnej reakcji homosprzgania winyloboranu, stosowanego w nadmiarze.

Przebieg procesu trans-borylacji pomidzy dwoma czsteczkami winyloboranu potwierdzaj

rwnie otrzymane widma 1H NMR, na ktrych widoczna jest eliminacja etylenu (singlet

przy = 5.25 ppm).[59]

(126)

Cz literaturowa

55

Badania stechiometryczne reakcji rwnomolowych iloci kompleksu zawierajcego wizanie

ruten-bor [Ru(BO2C6H4)(CO)Cl(PCy3)2] z etynylosilanem monitorowane za pomoc technik 1H NMR i GC-MS wykazay, e insercja terminalnego alkinu do wizania Ru-B

w kompleksie zachodzi tylko w ladowych ilociach (analiza GC-MS nie wskazaa

na tworzenie si alkinyloboranu, natomiast sygna zaobserwowany w widmie 1H NMR

w obszarze -24.3 ppm, przyporzdkowany do wizania Ru-H, by o bardzo niskiej

intensywnoci). Wyniki te wiadcz o tym, e w katalitycznych reakcjach kodimeryzacji

terminalnych alkinw z winyloboranami, w przeciwiestwie do winylosilanw

i winylogermananw, nie jest moliwe tworzenie si etynyloboranw.

Generowanie winylenowych kompleksw rutenu przez dodanie alkinu do wizania Ru-H jest

procesem znanym literaturowo, wystpujcym w katalizowanej dimeryzacji acetylenu [147a, 152]

i przebiega bardzo szybko nawet w temperaturze pokojowej.[17-18] W reakcji kodimeryzacji

winyloboranw z terminalnymi alkinami czy sililoalkinami kompleks ten stanowi jednak

zwizek poredni w cyklu katalitycznym.[59]

2.5. Charakterystyka zastosowania metody obliczeniowej Teorii Funkcjonau Gstoci

DFT w syntezie organicznej

Dziki cigemu rozwojowi metod chemii kwantowej, jak rwnie rosncej mocy

obliczeniowej maszyn cyfrowych, modelowanie kwantowochemiczne z wykorzystaniem

teorii funkcjonaw gstoci (DFT) jest obecnie powszechnie stoswoane w takich naukach

jak fizyka, biologia, czy chemia. Odnosi si to szczeglnie do bada czsteczek organicznych

bdcych produktami naturalnymi penicymi istotn rol we wspczesnej biologii,

biochemii czy medycynie. Otrzymane wyniki obliczeniowe s istotnym i ciekawym rdem

informacji o strukturze elektronowej zwizkw chemicznych (gwnie stanu podstawowego

izomerw o najwikszej trwaoci), stanach przejciowych, mechanizmach procesw

syntetycznych,[153] energii oddziaywa midzyczsteczkowych,[154] adunkach, momentach

dipolowych[155] i momentach multipolowych wyszego rzdu,[156] czstotliwociach

oscylacyjnych,[157] spektroskopii magnetycznego rezonansu jdrowego NMR[158]

oraz podczerwieni Ramana, wpywie rozpuszczalnikw na energi i geomeri ukadw.

Prowadzone s liczne prace z wykorzytaniem DFT w badaniach materiaw poprzez

interpretacj i przewidywanie zachowania zoonych systemw w skali atomowej. Pozwalaj

one zaproponowa najbardziej korzystne ukady syntetyczne poprzez dobr konkretnych

Cz literaturowa

56

substratw czy warunkw reakcji, a take okreli, czy dane reakcje s moliwe

do przeprowadzenia. Pomagaj one rwnie zrozumie mechanizmy reakcji i wyznaczy

profile energetyczne, co ma nieodzowny wpyw na pniejszy dobr reagentw, tak aby

otrzyma jak najwysz regio- i stereoselektywno procesu. Obliczenia te s take szeroko

stosowane w badaniach wpywu domieszek na zachowania np. tlenkw magnetycznych

w rozcieczonych pprzewodnikach magnetycznych, w okreleniu zachowa

magnetycznych i elektronicznych ferroelektrykw i pprzewodnikw magnetycznych.[159,160]

Metody te pozwalaj prowadzi badania nad waciwociami termoelektrycznymi materiaw

niskowymiarowych, aktywnoci, oczyszczania naturalnych zwizkw, jak rwnie

projektowania materiaw stopw.

Naley jednak pamita e metoda ta nie potrafi na dzie dzisiejszy opisa wiele waciwoci

fizycznych czy chemicznych. Problem stanowi rwnie optymalizacje duych ukadw

(przyjmuje si za due ukady struktury zawierajce wicej ni 40 atomw), ze wzgldu

na brak odpowiedniego oprogramowania oraz potrzebnego czasu obliczeniowego. Innymi

istotnymi problemami w stosowaniu metody DFT s:

1) Problem z oddziaywaniami dyspersyjnymi. Zagadnienie to jest znane i co wicej

wiadomym jest, e wikszo dostpnych funkcjonaw gstoci zdecydowanie zania

wartoci takich oddziaywa. Obecnie mona zastosowa specjalne pempiryczne poprawki

uwzgldniajce geometri oraz uyty funkcjona DFT w celu poprawy otrzymywanych

wynikw oraz ich wikszej zgodnoci z danymi eksperymentalnymi.

2) Rotacja wok wizania podwjnego. Taki rodzaj rotacji (w np. etenie) przebiega przez

otwartopowokowy stan singletowy z dwoma niesparowanymi elektronami (zerwanie

wizania ). Niestety, takie ukady chemiczne nie s dobrze opisywane przez tzw. metody

jednowyznacznikowe, a do takich zalicza si DFT. Dopiero odpowiedni dobr funkcjonaw

zawierajcych w sobie parametry empiryczne dopasowane do danych eksperymentalnych

lub ukadw modelowych pozwalaj uzyska pewn popraw wynikw.

Cz literaturowa

57

2.5.1. Opis mechanizmu reakcji przy zastosowaniu metody DFT

Wykonywane w pracy obliczenia zwizane s z wyznaczeniem energii czsteczki o danej

geometrii dlatego w rozdziale tym zostan omwione pojcia z ni zwizane oraz sposoby

jej wyznaczenia.

Energia badanego ukadu molekularnego jest energi potencjaln, czyli zaley jedynie

od pooenia jder atomowych i jest zwizana z energi drga w czsteczce. W stosowanych

obliczeniach bdziemy zainteresowani jedynie dwoma typami punktw specjalnych

zwizanych energi jako funkcj pooenia - minimami tej funkcji oraz punktami siodowymi

pierwszego rzdu tj. strukturami stabilnymi lub stanami przejciowymi. Poniszy schemat jest

przykadow reprezentacj graficzn opisujc interesujce geometrie. Parametrami na osi

x oraz z mog by np. dugoci wiza, kty walencyjne, czy kty dwucienne podczas

gdy o y reaprezentuje energi.

(127)

Minimum na powierzchni energii (hiperpowierzchni energii potencjalnej) - odpowiada energii

cakowitej czsteczki jako funkcji wsprzdnych wszystkich jder zawierajcych si

w strukturze tej czsteczki. Rozwizanie szeregu Taylora dla danej funkcji wielu zmiennych

w bliskim ssiedztwie badanej struktury bdcej w zaoeniu minimum energetycznym,

w ktrym wyznaczone czstoci drga s rzeczywiste, a zarazem tak jak pierwiastki wartoci

wasnych hesjanu (staej siowej) przyjmuj wartoci dodatnie, pozwala jednoznacznie

Stan przejciowy struktury B

Stan przejciowy struktury A

Minimum struktury A

Minimum struktury B

Minimum reagentw

Cz literaturowa

58

potwierdzi, e otrzymany punkt stacjonarny jest poszukiwanym minimum lokalnym.

Minima te odpowiadaj geometriom rwnowagowym (substratom, produktom reakcji

chemicznej).

Pojcie punktu stacjonarnego odpowiada ukadowi o geometrii, dla ktrej pochodna energii

po wszystkich przesuniciach jder wynosi zero (czyli na jdra nie dziaaj adne siy

co oznacza, e gradient gopt jest wektorem zerowym).

Pojcie lokalnego minimum energetycznego rozumiane jest jako punkt stacjonarny, w ktrym

kade przesunicie jder powoduje wzrost energii czsteczki. Natomiast minimum lokalne,

o najniszej energii dla rozpatrywanej czsteczki jest nazywane minimum globalnym

i odpowiada najstabilniejszemu, a zarazem najbardziej preferowanemu izomerowi.

Punktem stacjonarnym, dla ktrego istnieje wycznie jedna okrelona wsprzdna

zmiennych, ktrej zmiana powoduje spadek energii cakowitej czsteczki w dwch

kierunkach to tak geometri nazywamy stanem przejciowym, a t wsprzdn

-wsprzdn reakcji.

W optymalizacji geometrii istotne jest obliczanie odpowiednich drugich pochodnych

wsprzdnych wszystkich jder ukadu (macierz Hessa) co pozwala na przewidywanie

czstoci drga normalnych przy zaoeniu harmonicznoci drga czsteczki. Wyniki te maj

istotnie znaczenie, poniewa umoliwiaj charakteryzacj otrzymanych w optymalizacji

geometrii punktw stacjonarnych. Otrzymane czstoci drga normalnych warunkuj

wartoci wasne hesjanu wartoci (dla wartoci dodatnich badana geometria jest minimum

lokalnym, natomiast gdy jedna z wartoci wasnych jest ujemna, co oznacza, e czstotliwo

jest wtedy zespolona, to rozpatrywany ukad jest stanem przejciowym).[161-173]

Cel pracy

59

3. CEL PRACY

Nienasycone zwizki metaloidoorganiczne, a zwaszcza te zawierajce grupy

borylowe, sililowe, stannylowe, czy germylowe, ze wzgldu na ich du reaktywno i proste

metody funkcjonalizacji na drodze przemian katalitycznych i stechiometrycznych, z ktrych

naley chociaby wspomnie sprzgania Stilla, Suzuki, czy Hiyamy znajduj olbrzymie

zastosowanie w nowoczesnej syntezie organicznej, jako tzw. bloki budulcowe.

Szczeglnie trudnym zagadnieniem jest synteza metaloidofunkcjonalizowanych buta-1,3-

dienw, umoliwiajca dalsze tworzenie ukadw polienowych, tak czsto wystpujcych

w zwizkach pochodzenia naturalnego.

Wanym momentem w chemii buta-1,3-dienw, byo odkrycie w zespole prof. Marcica

katalitycznej reakcji kodimeryzacji winyloboranw z terminalnym alkinami.

Ten jednoetapowy (co jest jego spor zalet) proces zachodzi z wysokimi wydajnociami oraz

selektywnoci i stanowi alternatyw dla obecnie stosowanych, nierzadko wieloetapowych

metod otrzymywania metaloidopodstawionych dienw. Umoliwia on syntez zwizkw

z dwiema rnymi grupami metaloidowymi.

W wietle powyszych bada, podstawowym celem niniejszej pracy jest sprawdzenie

reaktywnoci innych etynylometaloidw (etynylogermananw, etynyloboranw, alkinw

z rnymi grupami funkcyjnymi) w reakcji kodimeryzacji. Otrzymane produkty dziki

obecnoci w skrajnych pozycjach tych samych lub rnych metaloidw stanowi bd

atrakcyjne reagenty w syntezie organicznej. W ramach dysertacji sprawdzona, bdzie rwnie

reaktywno dwuetynylopodstawionych alkinw, sililo- i germyloalkinw, ktre do tej pory

nie byy testowane w tego typu reakcji. Dodatkowym elementem pracy bdzie take

funkcjonalizacja alkinylosilseskwioksanw, klatkowych zwizkw krzemoorganicznych

o hybrydowych waciwociach nieorganiczno-organicznych, ktra pozwoli wprowadzi

fragment borylobutadienylowy w ich struktur.

Jako drugi cel pracy postanowiono, rwnie przeprowadzi dokadne badania

mechanistyczne w oparciu o kwantochemiczne metody teorii funkcjonau gstoci (DFT)

i pomiary kinetyczne dla modelowych reakcji sprzgania terminalnych krzemo- germylo-

i borylopodstawionych alkinw z winyloboranami, a take okreli etap limitujcy szybko

tego procesu. Badania te maj potwierdzi wyniki eksperymentalnych prac uzyskanych

Cel pracy

60

na drodze reakcji stechiometrycznych sililoalkinw z winyloboranami, na podstawie ktrych

zaproponowany zosta mechanizm reakcji. Dodatkowo badania mechanistyczne zostan

rozszerzone o szereg kolejnych reakcji ekwimolarnych z etynylogermananami, tak by mona

byo szczegowo zrozumie chemizm tego procesu.

Wyniki bada i ich omwienie

61

4. WYNIKI BADA I ICH OMWIENIE

4.1. Reakcja kodimeryzacji terminalnych alkinw oraz sililoalkinw

4.1.1. Reakcja kodimeryzacji funkcjonalizowanych terminalnych alkinw

z winyloboranami

Dotychczasowe badania nad odkryt w zespole profesora Marcica jednoetapow reakcj

kodimeryzacji terminalnych alkinw z winyloboranami katalizowan hydrydowymi

kompleksami Ru(II) umoliwiy otrzymanie, przy niewielkiej iloci uytego

katalizatora, z wysok selektywnoci borylo- oraz borylo(sililo)buta-1,3-dienw,[59]

co zostao szczegowo opisane w rozdziale 2.4.2. Spord przebadanych katalizatorw

rutenu(II) tj. [RuH(CO)Cl(PCy3)2], [RuH(CO)(MeCN)2(PCy3)2]+[BF4],

[RuH(CO)Cl(PPh3)3], [RuH(CO)Cl(P(i-Pr3)2], [RuCl(PCy3)(p-cymen)]OTf, najwysz

wydajno oraz stereo- i regioselektywno procesu obserwowano stosujc kompleks

chlorohydrydokarbonylbis(tricykloheksylofosfina) ruten(II), natomiast w reakcjach

prowadzonych w obecnoci kompleksu [RuCl(PCy3)(p-cymen)]OTf gwnymi produktami

byy enyny powstae w wyniku homosprzgania alkinu.

Moliwoci szerokiego zastosowania borylo- oraz borylo(sililo)buta-1,3-dienw w reakcjach

hydrometalacji, dimetalacji, sprzgania (Suzuki, Hecka, Hiyamy, Sonogashiry) oraz w innych

procesach deborylacji i desililacji determinuje due zainteresowanie tego typu zwizkami.

Stanowi one wane syntony w nowoczesnej syntezie organicznej oraz bioorganicznej,

ze wzgldu na moliwo atwego podstawienia grup sililowych i borylowych innymi

grupami funkcyjnymi (m.in. halogenowymi, arylowymi, alkenylowymi, aminowymi,

czy hydroksylowymi) (rozdzia 2.4.).

Wyniki bada i ich omwienie

62

4.1.1.1. Wyniki bada nad otrzymywaniem nowych funkcjonalizowanych

borylopodstawionych butadienw na drodze reakcji kodimeryzacji terminalnych

alkinw z winyloboranami

W pierwszym etapie prowadzone przeze mnie badania, stanowiy kontynuacj prac

nad syntez nowych borylopodstawionych butadienw, bdcych rozszerzeniem szeregu tego

typu zwizkw uzyskanych wczeniej, a posiadajcych rne grupy funkcyjne (np. aminowe,

nitrylowe, czy tiolowe). To rozszerzenie palety reagentw alkinylowych pokazuje, i reakcja

kodimeryzacji z winyloboranami jest procesem uniwersalnym, nie musi ogranicza

si wycznie do prostych etynw i zachodzi rwnie z reagentami posiadajcymi rne

grupy funkcyjne. Tak jak ju zostao wczeniej dowiedzone fenyloacetylen ni