Reaksi penggandengan

Reaksi penggandengan, Reaksi kopling, ataupun Penggandengan (kopling) oksidatif merupakan istilah dalam kimia organik yang merujuk pada sekelompok reaksi kimia organologam di mana dua fragmen hidrokarbon digandengkan (kopling) dengan bantuan katalis yang mengandung logam. Dalam suatu jenis reaksi ini sebuah gugus utama senyawa organologam berjenis RM (R = fragmen organik, M = gugus pusat utama) bereaksi dengan suatu halida organik jenis R'X dengan pembentukan ikatan karbon-karbon yang baru menghasilkan produk R-R' ^[1]^[2]

Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi dan Akira Suzuki dianugerahi Penghargaan Nobel bidang Kimia 2010 atas kinerjanya mengembangkan reaksi penggandengan silang berkatalis paladium.^[3]^[4]

Mekanisme

Mekanisme reaksi secara umum diawali dengan adisi oksidatif pada suatu halida organik terhadap katalis. Selanjutnya, partner kedua mengalami transmetalasi, yang menempatkan kedua partner kopling pada pusat logam yang sama sekaligus mengeliminasi gugus fungsional. Langkah terakhir adalah eliminasi reduktif dari dua fragmen kopling untuk regenerasi katalis dan menghasilkan produk organik. Pasangan gugus organik tak jenuh lebih mudah bergabung karena mengadisi dengan mudah. Intermediet juga kurang rentan terhadap eliminasi beta-hidrida.^[5]

Dalam salah satu penelitian komputasi, gugus organik tak jenuh ditunjukkan mengalami reaksi kopling jauh lebih mudah pada pusat logam.^[6] Laju eliminasi reduktif mengikuti aturan berikut: vinil-vinil > fenil-fenil > alkunil-alkunil > alkil-alkil. Halangan aktivasi dan energi reaksi untuk R-R' asimetris penggandengan ditemukan dekat dengan rata-rata dari nilai-nilai yang sesuai dari reaksi penggandengan R-R' dan R'-R simetris; misalnya: vinil-vinil> vinil-alkil> alkil-alkil. Pendekatan mekanistik lain mengusulkan bahwa secara khusus dalam larutan air, penggandengan justru terjadi melalui mekanisme radikal daripada yang dibantu logam.^[7] Sebagian besar mekanisme reaksi penggandengan sedikit berbeda dari bentuk umum ini.

Katalis

Logam yang digunakan dalam reaksi kimia jenis ini adalah paladium, sering digunakan dalam bentuk tetrakis(trifenilfosfina)paladium(0). Senyawa ini sensitif terhadap udara dan merupakan senyawa yang sangat baik untuk menggandengkan senyawa halogen takjenuh menggunakan senyawa organologam seperti tributiltimah hidrida.^[8]

Manakala reaksi penggandengan melibatkan reagen-reagen yang sangat mudah terurai dengan keberadaan air atau oksigen, adalah tidak beralasan untuk berasumsi bahwa semua reaksi penggandengan perlu dilakukan dalam kondisi tanpa air. Adalah mungkin untuk melakukan reaksi penggandengan berbasis paladium dalam larutan akuatik dengan menggunakan fosfina tersulfonasi yang larut dalam air, yang dibuat dari reaksi trifenilfosfina dengan asam sulfat. Secara umum, oksigen yang terdapat pada udara lebih dapat mengganggu reaksi penggandengan, hal ini dikarenakan reaksi-reaksi ini terjadi via kompleks logam takjenuh yang tidak memiliki elektron valensi 18. Sebagai contoh pada reaksi penggandengan silang nikel dan paladium, kompleks valensi nol dengan dua ligan labil beraksi dengan ikatan halogen karbon, membentuk ikatan logam halogen dan logam karbon. Kompleks valensi nol dengan ligan labil atau bagian koordinasi yang kosong umumnya reaktif terhadap oksigen.

Ulasan mendalam telah ditulis misalnya pada reaksi termediasi kobalt,^[9] paladium^[10]^[11]^[12]^[13]^[14] dan nikel^[15] serta pada aplikasinya.^[16]^[17]

Jenis-jenis penggandengan

Tinjauan reaksi penggandengan^[19]
Reaksi	Tahun	Reaktan A		Reaktan B		Homo/Silang	Katalis	Catatan
Reaksi Wurtz	1855			R-X	sp³	homo	Na
Penggandengan Glaser	1869			R-X	sp	homo	Cu
Reaksi Ullmann	1901			R-X	sp²	homo	Cu
Reaksi Gomberg-Bachmann	1924			R-N₂X	sp²	homo		memerlukan basa
Penggandengan Cadiot-Chodkiewicz	1957	alkuna	sp	R-X	sp	silang	Cu	memerlukan basa
Penggandengan Castro-Stephens	1963	R-Cu	sp	R-X	sp²	silang
Penggandengan Kumada	1972	R-MgBr	sp², sp³	R-X	sp²	silang	Pd atau Ni
Reaksi Heck	1972	alkena	sp²	R-X	sp²	silang	Pd	memerlukan basa
Penggandengan Sonogashira	1973	alkuna	sp	R-X	sp³ sp²	silang	Pd dan Cu	memerlukan basa
Penggandengan Negishi	1977	R-Zn-X	sp²	R-X	sp³ sp²	silang	Pd atau Ni
Penggandengan silang Stille	1977	R-SnR₃	sp²	R-X	sp³ sp²	silang	Pd
Reaksi Suzuki	1979	R-B(OR)₂	sp²	R-X	sp³ sp²	silang	Pd	memerlukan basa
Penggandengan Hiyama	1988	R-SiR₃	sp²	R-X	sp³ sp²	silang	Pd	memerlukan basa
Reaksi Buchwald-Hartwig	1994	R₂N-R SnR₃	sp	R-X	sp²	silang	Pd	penggandengan N-C, generasi kedua menggunakan amina bebas
Penggandengan Fukuyama	1998	RCO(SEt)	sp²	R-Zn-I	sp³	silang	Pd atau Ni^[18]
Penggandengan Liebeskind–Srogl	2000	R-B(OR)₂	sp³, sp²	RCO(SEt) Ar-SMe	sp²	cross	Pd	memerlukan CuTC

Aplikasi

Banyak reaksi penggandengan yang digunakan pada industri farmasi ^[20] dan dalam material organik terkonjugasi.^[21]

Referensi

^ Organic Synthesis using Transition Metals Rod Bates ISBN 978-1-84127-107-1
^ New Trends in Cross-Coupling: Theory and Applications Thomas Colacot (Editor) 2014 ISBN 978-1-84973-896-5
^ "The Nobel Prize in Chemistry 2010 - Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki". NobelPrize.org. 6 Oktober 2010. Diakses tanggal 6 Oktober 2010.
^ Palladium-Catalyzed Cross-Coupling: A Historical Contextual Perspective to the 2010 Nobel Prize Dr. Carin C. C. Johansson Seechurn, Dr. Matthew O. Kitching, Dr. Thomas J. Colacot, Prof. Victor Snieckus Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5062-5085. doi:10.1002/anie.201107017
^ Hartwig, J. F. Organotransition Metal Chemistry, from Bonding to Catalysis; University Science Books: New York, 2010. ISBN 1-891389-53-X
^ V. P. Ananikov, D. G. Musaev, K. Morokuma, “Theoretical Insight into the C-C Coupling Reactions of the Vinyl, Phenyl, Ethynyl, and Methyl Complexes of Palladium and Platinum” Organometallics 2005, 24, 715. doi:10.1021/om0490841
^ Benny Bogoslavsky; Ophir Levy; Anna Kotlyar; Miri Salem; Faina Gelman; Avi Bino (2012). "Do Carbyne Radicals Really Exist in Aqueous Solution?". Angewandte Chemie International Edition. 51 (1): 90–94. doi:10.1002/anie.201103652. PMID 22031005.
^ Thayer, Ann (5 September 2005). "Removing Impurities". Chemical & Engineering News (dalam bahasa Inggris). American Chemical Society. Diakses tanggal 11 Desember 2015.
^ Cahiez, Grard; Moyeux, Alban (2010). "Cobalt-Catalyzed Cross-Coupling Reactions". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris) (dipublikasikan tanggal 11 Februari 2010). 110 (3): 1435–1462. doi:10.1021/cr9000786.
^ Yin, Lunxiang; Liebscher, Jürgen (2007). "Carbon−Carbon Coupling Reactions Catalyzed by Heterogeneous Palladium Catalysts". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris) (dipublikasikan tanggal 21 Desember 2006). 107 (1): 133–173. doi:10.1021/cr0505674.
^ Jana, Ranjan; Pathak, Tejas P.; Sigman, Matthew S. (2011). "Advances in Transition Metal (Pd,Ni,Fe)-Catalyzed Cross-Coupling Reactions Using Alkyl-organometallics as Reaction Partners". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 111 (3): 1417–1492. doi:10.1021/cr100327p.
^ rpd Molnr. "Efficient, Selective, and Recyclable Palladium Catalysts in Carbon−Carbon Coupling Reactions". Chem. Rev., 2011 (dalam bahasa Inggris). 111 (3): 2251–2320. doi:10.1021/cr100355b.
^ Miyaura, Norio; Suzuki, Akira (1995). "Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organoboron Compounds". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 95 (7): 2457–2483. doi:10.1021/cr00039a007.
^ Roglans, Anna; Pla-Quintana, Anna; Moreno-Mañas, Marcial (2006). "Diazonium Salts as Substrates in Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 106 (11): 4622–4643. doi:10.1021/cr0509861.
^ Rosen, Brad M.; Quasdorf, Kyle W.; Wilson, Daniella A.; Zhang, Na; Resmerita, Ana-Maria; Garg, Neil K.; Percec, Virgil (2011). "Nickel-Catalyzed Cross-Couplings Involving Carbon−Oxygen Bonds'". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 111 (3): 1346–1416. doi:10.1021/cr100259t.
^ Corbet, Jean-Pierre; Mignani, Gérard (2006). "Selected Patented Cross-Coupling Reaction Technologies". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 106 (7): 2651–2710. doi:10.1021/cr0505268.
^ Evano, Gwilherm; Blanchard, Nicolas; Toumi, Mathieu (2008). "Copper-Mediated Coupling Reactions and Their Applications in Natural Products and Designed Biomolecules Synthesis". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 108 (8): 3054–3131. doi:10.1021/cr8002505.
^ Nielsen, Daniel K.; Huang, Chung-Yang (Dennis); Doyle, Abigail G. (20 Agustus 2013). "Directed Nickel-Catalyzed Negishi Cross Coupling of Alkyl Aziridines". Journal of the American Chemical Society. 135 (36): 13605–13609. doi:10.1021/ja4076716. ISSN 0002-7863. Diakses tanggal 11 Desember 2015.
^ Untuk referensi, silakan lihat halaman terkait.
^ R.H. Crabtree, The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 4th Ed.
^ Organotransition Metal Chemistry: From Bonding to Catalysis John Hartwig

[1] Organic Synthesis using Transition Metals Rod Bates ISBN 978-1-84127-107-1

[2] New Trends in Cross-Coupling: Theory and Applications Thomas Colacot (Editor) 2014 ISBN 978-1-84973-896-5

[3] "The Nobel Prize in Chemistry 2010 - Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki". NobelPrize.org. 6 Oktober 2010. Diakses tanggal 6 Oktober 2010.

[4] Palladium-Catalyzed Cross-Coupling: A Historical Contextual Perspective to the 2010 Nobel Prize Dr. Carin C. C. Johansson Seechurn, Dr. Matthew O. Kitching, Dr. Thomas J. Colacot, Prof. Victor Snieckus Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5062-5085. doi:10.1002/anie.201107017

[5] Hartwig, J. F. Organotransition Metal Chemistry, from Bonding to Catalysis; University Science Books: New York, 2010. ISBN 1-891389-53-X

[6] V. P. Ananikov, D. G. Musaev, K. Morokuma, “Theoretical Insight into the C-C Coupling Reactions of the Vinyl, Phenyl, Ethynyl, and Methyl Complexes of Palladium and Platinum” Organometallics 2005, 24, 715. doi:10.1021/om0490841

[Benny2012-7] Benny Bogoslavsky; Ophir Levy; Anna Kotlyar; Miri Salem; Faina Gelman; Avi Bino (2012). "Do Carbyne Radicals Really Exist in Aqueous Solution?". Angewandte Chemie International Edition. 51 (1): 90–94. doi:10.1002/anie.201103652. PMID 22031005.

[8] Thayer, Ann (5 September 2005). "Removing Impurities". Chemical & Engineering News (dalam bahasa Inggris). American Chemical Society. Diakses tanggal 11 Desember 2015.

[9] Cahiez, Grard; Moyeux, Alban (2010). "Cobalt-Catalyzed Cross-Coupling Reactions". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris) (dipublikasikan tanggal 11 Februari 2010). 110 (3): 1435–1462. doi:10.1021/cr9000786.

[10] Yin, Lunxiang; Liebscher, Jürgen (2007). "Carbon−Carbon Coupling Reactions Catalyzed by Heterogeneous Palladium Catalysts". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris) (dipublikasikan tanggal 21 Desember 2006). 107 (1): 133–173. doi:10.1021/cr0505674.

[11] Jana, Ranjan; Pathak, Tejas P.; Sigman, Matthew S. (2011). "Advances in Transition Metal (Pd,Ni,Fe)-Catalyzed Cross-Coupling Reactions Using Alkyl-organometallics as Reaction Partners". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 111 (3): 1417–1492. doi:10.1021/cr100327p.

[12] rpd Molnr. "Efficient, Selective, and Recyclable Palladium Catalysts in Carbon−Carbon Coupling Reactions". Chem. Rev., 2011 (dalam bahasa Inggris). 111 (3): 2251–2320. doi:10.1021/cr100355b.

[13] Miyaura, Norio; Suzuki, Akira (1995). "Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organoboron Compounds". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 95 (7): 2457–2483. doi:10.1021/cr00039a007.

[14] Roglans, Anna; Pla-Quintana, Anna; Moreno-Mañas, Marcial (2006). "Diazonium Salts as Substrates in Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 106 (11): 4622–4643. doi:10.1021/cr0509861.

[15] Rosen, Brad M.; Quasdorf, Kyle W.; Wilson, Daniella A.; Zhang, Na; Resmerita, Ana-Maria; Garg, Neil K.; Percec, Virgil (2011). "Nickel-Catalyzed Cross-Couplings Involving Carbon−Oxygen Bonds'". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 111 (3): 1346–1416. doi:10.1021/cr100259t.

[16] Corbet, Jean-Pierre; Mignani, Gérard (2006). "Selected Patented Cross-Coupling Reaction Technologies". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 106 (7): 2651–2710. doi:10.1021/cr0505268.

[17] Evano, Gwilherm; Blanchard, Nicolas; Toumi, Mathieu (2008). "Copper-Mediated Coupling Reactions and Their Applications in Natural Products and Designed Biomolecules Synthesis". Chem. Rev. (dalam bahasa Inggris). 108 (8): 3054–3131. doi:10.1021/cr8002505.

[18] Nielsen, Daniel K.; Huang, Chung-Yang (Dennis); Doyle, Abigail G. (20 Agustus 2013). "Directed Nickel-Catalyzed Negishi Cross Coupling of Alkyl Aziridines". Journal of the American Chemical Society. 135 (36): 13605–13609. doi:10.1021/ja4076716. ISSN 0002-7863. Diakses tanggal 11 Desember 2015.

[19] Untuk referensi, silakan lihat halaman terkait.

[20] R.H. Crabtree, The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 4th Ed.

[21] Organotransition Metal Chemistry: From Bonding to Catalysis John Hartwig

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]