heteroatomkopplingar

Heteroatomkopplingar är en bred grupp korskopplingsreaktioner inom organisk syntes där en ny bindning mellan ett kolatomsligt partner och ett heteroatom (såsom N, O, S eller P) bildas ofta genom transition-metal-katalys. Denna kategori omfattar framför allt C–heteroatom-kopplingar där kol växelverkar med heteroatomet, samt i vissa fall heteroatom-heteroatom-kopplingar som t.ex. N–N eller O–O.

Vanliga typer och exempel är C–N-, C–O-, C–S- och C–P-kopplingar. C–N-kopplingar uppnås vanligtvis genom palladium- eller nickelkatalyserade reaktioner såsom Buchwald–Hartwig-aminering och Chan–Lam-kopplingar. C–O-kopplingar inkluderar O-arynleringar och Ullmann-liknande reaktioner där fenoler eller alkoholer kopplas till arylhalider. C–S-kopplingar används för att bilda thioethers genom Pd- eller Ni-katalyserade lägen med tioler som nucleofiler. C–P-kopplingar tillåter överföring av fosforinnehållande grupper till arylsystem via liknande katalytiska vägar. Även heteroatom-heteroatom-kopplingar förekommer i vissa system, särskilt när två olika heteroatomer introduseras i en ny bindning.

Mekanistiskt bygger de flesta heteroatomkopplingar på ett trestegigt katalytiskt cycle: oxidative addition av en elektrofila part till ett övergångsmetallkomplex, transmetalation eller ligandbyte med en heteroatomspartner, och slutligen reduktiv elimination som bildar den nya C–heteroatom-bindningen och återställer katalysatorn. Viktiga parametrar är val av metall (ofta Pd, Ni eller Cu), ligander, bas och lösningsmedel, samt aryl- eller alkylhalidernas och heteroatomets reaktivitet.

Användningen av heteroatomkopplingar är centralt inom läkemedelsforskning, materialvetenskap och syntetisk kemi på grund av deras breda funktionella tolerans och möjligheten att bygga komplexa strukturer relativt mycket i enstegiga eller flerstegssekvenser. Begränsningar inkluderar kostnader för vissa katalysatorer, känslighet för luft och fukt samt behov av optimerad arbetsmiljö för olika substrat.