Реакция Хека
Механизм и продукт
linkОпора
- Урок 329. Элементарные стадии каталитических циклов — окислительное присоединение, трансметаллирование, восстановительное элиминирование, внедрение
Реакция Хека соединяет арил- или винилгалогенид с алкеном. Её цикл составлен из стадий урока 329: палладий(0) встраивается в связь C–X, алкен внедряется в связь Pd–C, а β-гидридное элиминирование возвращает двойную связь. В результате арильная группа замещает атом водорода у алкена, и двойная связь сохраняется. За эту реакцию Хеку присуждена Нобелевская премия 2010 года вместе с Негиши и Сузуки.
Как найти продукт реакции Хека
- Арилгалогенид и алкен \(\ce{CH2=CH-Z}\) (Z = COOR, CN, Ph, H) в присутствии палладия и основания дают \(\ce{Ar-CH=CH-Z}\), преимущественно E-изомер; выделяющийся HX связывает основание.
- Палладий(0) окислительно присоединяет ArX и образует \(\ce{Ar-Pd-X}\).
- Алкен координируется к палладию и внедряется в связь Pd–Ar (син): арил переходит на менее замещённый, концевой атом углерода, а палладий — на соседний.
- Палладий отщепляется вместе с атомом водорода соседнего атома углерода (син-β-гидридное элиминирование), и двойная связь восстанавливается. Выгоднее E-изомер, в котором крупные группы удалены друг от друга.
- Основание отнимает HX у гидрида палладия и возвращает палладий(0) в цикл.
Примеры
1. Акрилонитрил. Бромбензол с акрилонитрилом даёт (E)-3-фенилпроп-2-еннитрил: фенил присоединяется к концевому атому алкена.
2. Стирол. 1-Иод-4-нитробензол со стиролом даёт (E)-4-нитростильбен.
errorАрил присоединяется к концу алкена
Арильная группа переходит на менее замещённый атом углерода двойной связи. Продукт — E-изомер: элиминирование идёт в син-положении, и выгоднее переходное состояние, в котором крупные группы удалены друг от друга.
edit_noteПопробуйте сами
Что даст 2-бромнафталин с метилакрилатом в условиях реакции Хека?
expand_moreПоказать решение
Метил-(E)-3-(нафталин-2-ил)проп-2-еноат.
Внутримолекулярный Хек и циклоалкены
Правила первой части урока работают и в более сложных случаях, но двойная связь продукта может оказаться не там, где была в исходном алкене. Палладий отщепляется только вместе с атомом водорода, который находится с ним по одну сторону от связи C–C. В циклах это заставляет двойную связь сместиться, а во внутримолекулярной реакции позволяет замкнуть новый цикл.
Как предсказать продукт в сложных случаях
- Внутримолекулярная реакция Хека замыкает пяти- и шестичленные циклы: арил присоединяется к ближнему атому двойной связи (экзо-замыкание), а палладий оказывается вне нового цикла.
- В циклоалкене после син-внедрения у атома, получившего арил, нет атома водорода в син-положении к палладию. Поэтому палладий отщепляется с атомом водорода с другой стороны, и двойная связь переходит в новое положение: циклопентен даёт 3-арилциклопентен.
- С акрилатами и стиролом арил присоединяется к концевому атому, а с электронобогатыми алкенами, например с виниловыми эфирами, возможна атака по внутреннему атому.
Примеры
1. Циклогексен. Бромбензол с циклогексеном даёт 3-фенилциклогексен: фенил оказывается в аллильном положении, а не у двойной связи.
2. Замыкание шестичленного цикла. 1-(Бут-3-ен-1-илокси)-2-иодбензол реагирует внутримолекулярно: арил присоединяется к ближнему атому двойной связи и замыкает шестичленный цикл. Палладий уходит вместе с атомом водорода кольца, и образуется 4-метилиденхроман.
errorДвойная связь может переместиться
В циклах палладий отщепляется с тем атомом водорода, который находится с ним по одну сторону кольца. Поэтому двойная связь продукта не всегда стоит там, где была в исходном алкене.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько атомов будет в цикле, который замкнёт внутримолекулярная реакция Хека 1-иод-2-(пент-4-ен-1-ил)бензола?
expand_moreПоказать решение
Шесть: два атома бензольного кольца, три группы \(\ce{CH2}\) цепи и атом двойной связи, к которому присоединяется арил.
push_pinГлавное
ArX (I, Br, OTf) + алкен + основание (\(\ce{Et3N}\), \(\ce{K2CO3}\)), Pd(0) (из \(\ce{Pd(OAc)2}\) и \(\ce{PPh3}\)) → замещённый алкен: атом H алкена заменяется на арил. Цикл: окислительное присоединение ArX; координация и син-внедрение алкена (арил — к менее замещённому атому C, особенно у акрилатов и стирола); син-β-гидридное элиминирование → в основном E-алкен; основание возвращает Pd(0). Внутримолекулярный Хек замыкает пяти- и шестичленные циклы; у циклоалкенов двойная связь смещается, потому что у атома с арилом нет син-β-H.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.