TEZ ONAYI Ebru Zeynep SERDAR tarafından hazırlanan Karışık Magnezyum Triorganoçinkat Bileşiklerinin Eşleşme Reaksiyonlarında Grup Seçimliliğinin Sente

Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ KARIŞIK MAGNEZYUM TRİORGANOÇİNKAT BİLEŞİKLERİNİN EŞLEŞME REAKSİYONLARINDA GRUP SEÇİMLİLİĞİNİN SENTETİK VE MEKANİSTİK ARAŞTIRILMASI Ebru Z. SERDAR KİMYA ANABİLİM DALI ANKARA 2010 Her hakkı saklıdır

2 TEZ ONAYI Ebru Zeynep SERDAR tarafından hazırlanan Karışık Magnezyum Triorganoçinkat Bileşiklerinin Eşleşme Reaksiyonlarında Grup Seçimliliğinin Sentetik ve Mekanistik Araştırılması tez çalışması 22/06/2010 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oybirliği ile Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. Ender ERDİK Ankara Üniversitesi Kimya Anabilim Dalı Jüri üyeleri: Başkan: Prof. Dr. Atilla ÖKTEMER Ankara Üniversitesi Kimya Anabilim Dalı Üye: Prof. Dr. Ender ERDİK Ankara Üniversitesi Kimya Anabilim Dalı Üye: Prof. Dr. Canan ÜNALEROĞLU Hacettepe Üniversitesi Kimya Anabilim Dalı Yukarıdaki sonucu onaylarım Prof. Dr. Orhan ATAKOL Enstitü Müdürü ii

3 ÖZET Yüksek Lisans Tezi KARIŞIK MAGNEZYUM TRİORGANOÇİNKAT BİLEŞİKLERİNİN EŞLEŞME REAKSİYONLARINDA GRUP SEÇİMLİLİĞİNİN SENTETİK VE MEKANİSTİK ARAŞTIRILMASI Ebru Z. SERDAR Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Ender ERDİK Karışık bromomagnezyum triorganoçinkatlarda grup seçimliliğinin reaksiyon değişkenlerine bağlılığı araştırılmıştır. Bromomagnezyum n-bütil (difenil) çinkat ve di(n-bütil) fenil çinkat bileşiklerinin grup seçimliliğinde Lewis bazı ortak çözücülerin etkili olduğu bulunmuştur. Günümüzde önerilen Triorganoçinkat, R 3 ZnM (M=Li, MgBr) bileşiklerinde R 3 Zn - metalik anyonu değil, R - karbanyonu etkileşir görüşüne göre karışık çinkat n-buph 2 ZnMgBr ve basit çinkat Ph 3 ZnMgBr bileşiklerinde fenil grubunun alkillenme hızının aynı olması beklenir. Fakat, reaktiflerin CuI katalizli alkil eşleşme reaksiyonlarında reaksiyon hızlarının farklı olduğu ve diğer sonuçlar gözönüne alınarak karışık çinkatların CuI katalizli reaksiyonları için katalitik karışık kupratların ara ürün olduğu bir katalitik çevrim mekanizma olarak önerilmiştir. Haziran 2010, 107 sayfa Anahtar Kelimeler: Karışık triorganoçinkatlar, C-C eşleşmesi, grup seçimliliği i

4 ABSTRACT Master Thesis SYNTHETIC AND MECHANISTIC INVESTIGATION OF GRUP SELECTIVITY IN THE COUPLING REACTİONS OF MIXED MAGNESIUM TRIORGANOZİNCATES Ebru Z. SERDAR Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemistry Supervisor : Prof. Dr. Ender ERDİK The dependence of group selectivity of mixed bromomagnesium triorganozincates on the reaction parameters has been investigated. N- or O-Donor solvents change the group selectivity of n-butyl(diphenyl)zincates and di(n-butyl)phenylzincates in their alkylation reactions. In the alkylation reaction of BuPh 2 ZnMgBr and Ph 3 ZnMgBr reagents, the group selectivity of the phenyl group is expected to be tranferred with the same rate according to the common hypothesis that Triorganozincates behave like carbanions, but not R 3 Zn - type metallic anions. However, CuI cataylzed alkylation rates of mixed and homo zincates have been using by a classical method to be different and as a mechanism a catalytic cycle has been offered in which mixed catalytic cuprates are formed. June 2010, 107 pages Key Words : Mixed triorganozincates, C-C coupling, grup selectivity ii

5 TEŞEKKÜR Çalışmalarımı yönlendiren ve akademik araştırmalarıma destek veren saygıdeğer hocam, A.Ü. Fen Fakültesi Kimya Bölümü Organik Kimya Anabilim Dalı Başkanı Prof. Dr. Ender ERDİK e sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Çalışmam sırasında, TBAG-106T644 nolu proje ile destek ve aştırma bursu sağlayan TÜBİTAK Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu na teşekkür ederim. Çalışmalarım sırasında yardımlarını esirgemeyen, hoşgörü ve güleryüzleriyle yanımda olan değerli hocalarım Araş. Gör. Dr. Melike KOÇOĞLU, Araş. Gör. Özgen ÖMÜR PEKEL, Araş. Gör. Öznur UÇKAN a ve sevgili arkadaşlarım Duygu ÖZKAN, Esra KURŞUN, Elif GÖKÇINAR, Burçin USKAN, Selda DALDAL, Tutku C. KARABULUT ve Semra ÇİÇEK e ve ismini sayamadığım diğer tüm arkadaşlarıma çok teşekkür ederim. İlkokuldan bu yana bana çalışma azmini aşılayan, ve bu günlere gelmemde çok büyük emekleri olan, hayatımın her aşamasında olduğu gibi bu çalışmamda da beni maddi ve manevi olarak gönülden destekleyen, sevgili babam Hikmet SERDAR ve annem Sevim SERDAR a gönülden teşekkür ederim. Ebru Z. SERDAR Ankara, Haziran 2010 iii

6 İÇİNDEKİLER ÖZET... i ABSTRACT... ii TEŞEKKÜR... iii SİMGELER DİZGİNİ... viii ŞEKİLLER DİZİNİ... ix ÇİZELGELER DİZİNİ... xii 1. GİRİŞ KAYNAK ÖZETLERİ Triorganoçinkat Bileşikleri Karışık Triorganoçinkat Bileşiklerinin Hazırlanması Transmetalleme Metalleme Halojen-çinko değişmesi Karışık Triorganoçinkat Bileşiklerinin Reaksiyonları Çapraz eşleşme reaksiyonları ve epoksitlerde halka açılması ,2-Katılması reaksiyonları α,β-doymamış karbonil bileşiklerine 1,4-katılması Çinkat karbenoidlerin 1,2-göçü Triorganoçinkat Bileşiklerinin Reaksiyonlarının Kinetiği için Klasik Kinetik Yöntemlerin Kullanılması Reaksiyon Hızının Sıcaklıkla Değişimi. Termodinamik Değişkenler (Etkinleşme Değişkenleri) iv

7 3. DENEL YÖNTEMLER Genel Yöntemler Çözücülerin Kurutulması Çıkış Maddelerinin Hazırlanması Anorganik maddeler Organik maddeler Organometalik reaktifler Karışık ve Basit Triorganoçinkatların n-pentil Bromür 4 ile C-C Eşleşme Reaksiyonları Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ın n-pentil bromür 4 ile CuI 5a katalizli eşleşme reaksiyonu Bromomagnezyum di(n-bütil)fenil çinkat 3a 2 b ın n-pentil bromür 4 ile CuI 5a katalizli eşleşme reaksiyonu Bromomagnezyum trifenilçinkat 3b 3 ın n-pentil bromür 4 ile CuI 5a katalizli eşleşme reaksiyonu Bromomagnezyum tri(n-bütil)çinkat 3a 3 ın n-pentil bromür 4 ile CuI 5a katalizli eşleşme reaksiyonu Kontrol Deneyleri. Çıkış Maddeleri Grignard Reaktiflerinin, Katalitik Hazırlanmış Triorganoçinkat ve In situ Hazırlanmış Triorganoçinkatların Alkil Eşleşmesi Katalitik karışık ve basit triorganoçinkat bileşiklerinin n-pentil bromür 4 ile CuI 5a katalizli eşleşme reaksiyonu In situ karışık ve basit triorganoçinkat bileşiklerinin n-pentil bromür 4 ile CuI 5a katalizli eşleşme reaksiyonu Grignard reaktiflerinin n-pentil bromür 4 ile CuI 5a katalizli eşleşme reaksiyonu Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ve Bromomagnezyum Trifenilçinkat 3b 3 Bileşiklerinin n-pentil Bromür 4 ile THF de CuI 5a Katalizli C-C Eşleşme Reaksiyonlarının Kinetiği için Klasik Yöntem Uygulanması v

8 3.6.1 Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 bileşiğinin n-pentil bromür 4 ile THF de 65 C de CuI 5a katalizli C-C eşleşme reaksiyonları için klasik kinetik yöntem uygulanması Bromomagnezyum trifenil çinkat 3b 3 bileşiğinin n-pentil bromür 4 ile THF de 65 C de CuI 5a katalizli C-C eşleşme reaksiyonları için klasik kinetik yöntem uygulanması ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat ve Bromomagnezyum Di(n- bütil)fenilçinkat Bileşiklerinin Alkil Eşleşmesinde Organik Grup Seçimliliği Üzerinde Reaksiyon Değişkenlerinin Etkisi Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat ve di(n-bütil)fenilçinkat bileşiklerinin n-pentil bromür ile reaksiyonlarında organik grup seçimliliği üzerinde reaksiyon koşullarının etkisi Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat ve di(n-bütil)fenilçinkat bileşiklerinin n-pentil bromür ile reaksiyonlarında organik grup seçimliliği üzerinde geçiş metali katalizörlerinin etkisi Kontrol deneyleri. Çıkış maddeleri Grignard reaktiflerinin, katalitik hazırlanmış triorganoçinkat ve in situ hazırlanmış triorganoçinkatların alkil eşleşmesi Karışık bromomagnezyum triorganoçinkatların alkil eşleşmesinde organik grup seçimliliği üzerinde organik kataliz ve ortak çözücü etkisi Bromomagnezyum n-alkil(diaril)çinkat ve Triarilçinkat Bileşiklerinin Reaktiflerinin Alkil Eşleşmesi Mekanizması Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat reaktifinin CuI katalizli alkil eşleşmesi reaksiyonun kinetiği Bromomagnezyum trifenilçinkat reaktifinin CuI katalizli alkil eşleşmesi reaksiyonun kinetiği Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat ve trifenilçinkat reaktiflerinin CuI katalizli alkil eşleşmesi reaksiyonlarının hızının sıcaklığa bağlılığı vi

9 4.2.4 Bromomagnezyum n-alkil diarilçinkat ve triarilçinkat reaktiflerinin CuI katalizli alkil eşleşmesi için mekanizma önerisi SONUÇLAR KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ vii

10 SİMGELER DİZİNİ Ac Asetil acac Asetilasetonat Bn Benzil n-bu n-bütil Cp Siklopentadienil Diglim Dietilenglikol dimetil eter DMA Dimetilasetamit DME Dimetoksietan DMF Dimetilformamit DMPU N,N'-Dimetilpropilenüre DMSO Dimetilsülfoksit Et Etil Et 2 O Dietil eter FG Fonksiyonlu grup g.s. Geri soğutma sıcaklığı GK Gaz Kromatografisi HMPA Hekzametilfosforamit i- İzo Me MetiL NMP N-Metil-2-pirolidinon o.s. Oda sıcaklığı dppf Difenilfosfinoferrosen OMes Mesilat (metansülfonat) OTf Triflat (Triflormetansülfonat) OTMB 3,4,5-Trimetoksibenzoat OTos Tosilat (p-toluensülfonat) n-pent n-pentil Ph Fenil i-pr i-propil prim- Primer sek- Sekonder t- Tersiyer THF Tetrahidrofuran TMEDA N,N,N',N'- Tetrametiletilendiamin TMS Trimetilsilil viii

11 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 4.1 n-pentil bromür 4 ün aşırı bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ([3ab 2 ]:[4]=9:1) ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 65 C de eşleşme reaksiyonuna ait 1.derece hız eğrisi (A ve B yöntemi) Şekil 4.2 n-pentil bromür 4 ün aşırı bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ([3ab 2 ]:[4]=13:1) ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 65 C de eşleşme reaksiyonuna ait 1.derece hız eğrisi (A ve B yöntemi) Şekil 4.3 n-pentil bromür 4 ün aşırı brommagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 65 C de psödo koşullarda bulunan 1.derece eşleşme hız sabitleri üzerinde 3ab 2 derişiminin etkisi (A ve B yöntemi) Şekil 4.4 Şekil 4.5 Şekil 4.6 n-pentil bromür 4 ün %15 CuI 5a katalizörü beraberinde THF de, 65 C de bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ile eşleşme reaksiyonuna ait 1.derece hız eğrisi.(a ve B yöntemi) n-pentil bromür 4 ün %25 CuI 5a katalizörü beraberinde THF de, 65 C de bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ile eşleşme reaksiyonuna ait 1.derece hız eğrisi.(a ve B yöntemi) n-pentil bromür 4 ün farklı CuI 5a katalizörü miktarları beraberinde brommagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ile THF de, 65 C de psödo koşullarda bulunan 1.derece eşleşme hız sabitleri üzerinde CuI derişiminin etkisi (A ve B yöntemi) Şekil 4.7 n-pentil bromür 4 ün aşırı bromomagnezyum trifenilçinkat 3b 3 ([3b 3 ]:[4]=13:1) ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 65 C de eşleşme reaksiyonuna ait 1.derece hız eğrisi Şekil 4.8 n-pentil bromür 4 ün aşırı bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ([3ab 2 ]:[4]=13:1) ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 50 C de eşleşme reaksiyonuna ait 1.derece hız eğrisi (A ve B yöntemi) ix

12 Şekil 4.9 n-pentil bromür 4 ün %20mol CuI 5a katalizörü beraberinde bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ve trifenilçinkat 3b 3 ile reaksiyonu için Eyring eğrileri x

13 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 4.1 Çizelge 4.2 Çizelge 4.3 Çizelge 4.4 Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 bileşiğinin n-pentil bromür 4 ile THF de CuI 5a katalizli reaksiyonunda reaksiyon stokiyometrisinin etkisi Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 bileşiğinin n-pentil bromür 4 ile THF de CuI 5a katalizli reaksiyonunda reaksiyon sıcaklığının ve süresinin etkisi Bromomagnezyum di(n-bütil)fenilçinkat 3a 2 b bileşiğinin n-pentil bromür 4 ile THF de CuI 5a katalizli reaksiyonunda reaksiyon stokiyometrisinin etkisi Bromomagnezyum di(n-bütil)fenilçinkat 3a 2 b bileşiğinin THF de n-pentil bromür 4 ile THF de CuI 5a katalizli reaksiyonunda reaksiyon sıcaklığının ve süresinin etkisi Çizelge 4.5 Bromomagnezyum tri(n-bütil)çinkat 3a 3 ve trifenilçinkat 3b 3 bileşiklerinin n-pentil bromür 4 ile THF de CuI 5a katalizli reaksiyonunda reaksiyon stokiyometrisinin ve sıcaklığın etkisi Çizelge 4.6 Çizelge 4.7 Bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ve di(n-bütil)fenilçinkat 3a 2 b bileşiklerinin THF de n-pentil bromür ile reaksiyonunda Cu(I) katalizi etkisi Bromomagnezyum n-butil(difenil)çinkat 3ab 2 ve di(n-bütil)fenilçinkat 3a 2 b reaktiflerinin THF de n-pentil bromür 4 ile CuI 5a katalizli reaksiyonunda N lu ve O li Lewis bazlarının ortak çözücü olarak etkisi Çizelge 4.8 Bromomagnezyum tri(n-bütil)çinkat 3a 3 ve trifenil çinkat 3b 3 bileşiklerinin n-pentil bromür 4 ile THF de CuI 5a katalizli reaksiyonunda N lu ve O li Lewis bazlarının ortak çözücü olarak etkisi xi

14 Çizelge 4.9 n-pentil bromür 4 ün aşırı bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ([3ab 2 ]:[4] = 9:1) ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 65 C de eşleşme reaksiyonunda 4 madde miktarı (n t )-süre değişimi Çizelge 4.10 n-pentil bromür 4 ün aşırı bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ([3ab 2 ]:[4] = 13:1) ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 65 C de eşleşme reaksiyonunda 4 madde miktarı (n t )-süre değişimi Çizelge 4.11 n-pentil Bromür 4 ün aşırı bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 65 C de psödo koşullarda eşleşme hız sabitleri Çizelge 4.12 n-pentil bromür 4 ün %15 CuI katalizörü beraberinde bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat bileşiği 3ab 2 ile eşleşme reaksiyonunda madde miktarı (n t )-süre değişimi Çizelge 4.13 n-pentil bromür 4 ün %25 CuI katalizörü beraberinde bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat bileşiği 3ab 2 ile eşleşme reaksiyonunda madde miktarı (n t )-süre değişimi Çizelge 4.14 n-pentil bromür 4 ün farklı CuI 5a katalizörü miktarları beraberinde bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat bileşiği 3ab 2 ile THF de, 65 C de psödo koşullarda eşleşme hız sabitleri Çizelge 4.15 n-pentil bromür 4 ün aşırı bromomagnezyum trifenilçinkat 3b 3 ([3b 3 ]:[4]=13:1) ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 65 C de eşleşme reaksiyonunda 4 madde miktarı (n t )-süre değişimi Çizelge 4.16 n-pentil Bromür 4 nın aşırı bromomagnezyum trifenilçinkat 3b 3 ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 65 C de psödo koşullarda eşleşme hız sabitleri Çizelge 4.17 n-pentil Bromür 4 nın aşırı bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ile THF de %20 CuI 5a beraberinde 50 C de psödo koşullarda eşleşme hız sabitleri xii

15 Çizelge 4.18 n-pentil bromür 4 ün %20 mol CuI 5a katalizörü beraberinde bromomagnezyum n-bütil(difenil)çinkat 3ab 2 ile THF de eşleşme reaksiyonu için 25 C-65 C aralığında hız sabitleri Çizelge 4.19 n-pentil bromür 4 ün %20 mol CuI 5a katalizörü beraberinde bromomagnezyum trifenilçinkat 3b 3 ile THF de eşleşme reaksiyonu için 25 C-65 C aralığında hız sabitleri xiii

16 1. GİRİŞ Tezin amacı, karışık bromomagnezyum triorganoçinkat bileşiklerinin C-C eşleşmesi reaksiyonlarında grup seçimliliğini belirleyen etkenlerin kinetiğini ve mekanizmasını araştırmaktır. Organoçinko bileşikleri, (i) monoorganoçinko bileşikleri, RZnX, (ii) diorganoçinko bileşikleri, R 2 Zn, (iii) triorganoçinkat bileşikleri, R 3 ZnM (M=Li, MgBr) olarak üç farklı grup oluştururlar (Şema 1.1). Mono- ve diorganoçinko ve triorganoçinkat bileşikleri, sırasıyla bir, iki ve üç eşdeğer organolityum veya Grignard reaktifinin Zn(II) bileşiği ile transmetallenmesi sonucunda kolayca oluşurlar. Yapıları ve etkinlikleri farklıdır. Mono- ve diorganoçinko bileşikleri karbanyon kaynağı, R - olarak etki ederler; çinkatlar ise R 3 Zn - olarak fakat metal merkezli olmayan karbanyon kaynağı olarak bilinir. Diorganoçinkolar, monoorganoçinkolardan daha etkindir; fakat çinkatların etkinliği, reaksiyonlara göre değişir. Mono- ve diorganoçinko bileşiklerinin reaksiyonları çok araştırıldığı halde, triorganoçinkat bileşiklerinin reaksiyonları fazla araştırılmamıştır. Şema 1.1 Organoçinko bileşikleri, hem yapılarındaki hem de substratta reaksiyon merkezi dışındaki fonksiyonlu gruplarla etkileşmedikleri için organometalik sentezde çok kullanılan bileşiklerdir. Fakat basit (homo) diorganoçinko 2 ve triorganoçinkat 3 bileşiklerinin reaksiyonlarında sırasıyla bir ve iki eşdeğer organik grup ziyan olduğu için (Şema 1.2), karışık (hetero) diorganoçinko ve triorganoçinkat bileşiklerinin hazırlanması ve kullanılması tercih edilmektedir (Şema 1.3). 1

17 Şema 1.2 Şema 1.3 R 2 M R 2 M R 1 ZnX R 1 R 2 Zn R 1 R 2 2 ZnM 1 -MX 4 5 M=Li, MgX X=Cl, Br, I Bu nedenle, R 1 ve R 2 gruplarından biri kolay bulunabilir, ucuz ve reaksiyon seçimliliği çok düşük olan bir grup olarak alınır ve R R etkileşmeyen grup (Ing.residual group) olarak adlandırılır; diğeri ise reaksiyona girmesi istenen gruptur ve R T, etkileşen grup (Ing.transferable group) olarak adlandırılır (Şema1.4). Şema 1.4 R 1 R 2 Zn R R R T Zn E-A R-E RZnA R 1 R 2 2ZnM R R (R T ) 2 ZnM R-E R 2 Zn M-A Karışık diorganoçinko, R 1 R 2 Zn ve triorganoçinkat, R 1 R 2 2ZnM bileşiklerinde her iki grubun da reaksiyon seçimliliğini belirleyen reaksiyon değişkenleri konusunda günümüze dek bir çalışma yürütülmemiştir. Fakat, diorganokuprat R 1 R 2 CuM (M=Li, MgBr) bileşikleri için, R 1 R 2 Cu - metal merkezli katyonda, Cu ile daha güçlü bağ yapan grup, R R olarak davranır hipotezi önerilmiştir ve hipotezi destekleyen bazı çalışmalar yayınlanmıştır. Bizim çalışmalarımızda ise, n-bur R CuMgBr (R R =C 6 H 5, FG-C 6 H 4 ) ve 2

18 n-bu 2 CuMgBr bileşiklerinin C-C eşleşmesi reaksiyonlarında, etkileşen n-bu grubunun etkinliği, karışık kupratlarda daha fazla bulunmuştur. Tezin amacı, (i) Karışık çinkatlarda grup seçimliliğinin reaksiyon değişkenlerine (geçiş metali katalizi, organik kataliz, çözücü) bağlılığının ve grup seçimliliği kontrolünün araştırılması ve (ii) Karışık çinkatlarda grup seçimliliğinin mekanistik araştırılmasıdır. Tez çalışmasında, (i) araştırması için bromomagnezyum n-bütilfenilçinkat n-bu x Ph 3-x ZnMgBr (x=0-3) reaktiflerinin alkil eşleşmesi, model reaksiyon olarak seçilmiştir (Şema1.5). n-bütil ve fenil grupları, her ikisi de alkil eşleşmesi yapabilen gruplardır ve eşleşmede grup seçimliliğinin, reaksiyon değişkenlerine bağlı olduğu bulunmuştur. (ii) araştırması için uygun koşullarda etkileşen ve etkileşmeyen grupları içeren R R (R T ) 2 ZnMgBr ve benzer (R T ) 3 ZnMgBr türü çinkatların (R R = n-bu, R T = Ph) alkil eşleşmesi hızlarının ölçülmesi ve etkinleşme değerleri, H # ve S # nin bulunması ve değerlendirilmesi konu alınmıştır. Kinetik ve termodinamik verilere ve çinkat yapısı için kaynak bilgisine dayanılarak karışık triorganoçinkat-alkil eşleşmesi mekanizması ve grup seçimliliğinin reaksiyon değişkenlerine bağlılığı yorumlanmıştır. Basit triorganoçinkat R 1 3ZnMgBr bileşiklerinde (R 1 ) 3 Zn - metalik anyonu değil, R 1- karbanyonu etkileşir görüşüne göre karışık triorganoçinkat R 1 R 2 2ZnMgBr bileşiklerinde de R 1- karbanyonunun etkileşmesi ve reaksiyon hızlarının da aynı olması beklenir. Fakat, görüşümüze göre, R 1- karbanyonu, basit ve karışık triorganoçinkatlarda, sırasıyla R 1 3Zn - ve R 1 (R 2 ) 2 Zn - anyonlarından oluştuğuna göre R 2 grubunun elektronik ve sterik etkilerinden de etkilenmesi ve reaksiyon hızlarının farklı olması beklenir. Araştırılan reaksiyonlarda, grup seçimliliğinin reaksiyon değişkenlerine bağlılık sonuçları, kinetik verileri ve 3

19 termodinamik verileri, görüşümüz için destek oluşturmuştur. Şema 1.5 n-buph 2 ZnMgBr n-bu 2 PhZnMgBr n-bu 3 ZnMgBr Ph 3 ZnMgBr R-Br MX n L m, Çözücü o.s.-65 o C n-bu-r ve/veya Ph-R R = n-pent Çözücü = THF, Et 2 O, THF/Ortak çözücü (N'lu ve O'li Lewis bazı) MX n L m = CuX, CuX.L (P'lu ve S'lü ligand), AgX, NiX 2, PdL 4, PdX 2 4

20 2. KAYNAK ÖZETLERİ Tez konusunu oluşturan bromomagnezyum karışık triorgangoçinkat bileşiklerinin C-C eşleşme reaksiyonlarında grup seçimliliğinin sentetik ve mekanistik araştırılması konusundaki literatür bilgisi, 2.1 Triorganoçinkat bileşikleri, 2.2 Karışık triorganoçinkat bileşiklerinin hazırlanması ve 2.3 Karışık triorganoçinkat bileşiklerinin reaksiyonları başlıkları altında özetlenmiştir. Tezde, karışık triorganoçinkatların reaksiyonlarının mekanistik araştırması için klasik kinetik yöntemler kullanılmış (Weissberger, 1981; Ruffand and Csizmadia, 1994) ve triorganoçinkatların kinetiği konusunda yayınlanmış çok az araştırma, 2.4 Triorganoçinkat bileşiklerinin reaksiyonlarının kinetik araştırması başlığı ile verilmiştir. Tezde, karışık triorganoçinkatların reaksiyonlarının mekanistik araştırması için termodinamik değişkenler de hesaplanmıştır (Zuman ve Patel 1984, Isaacs 1987, Espenson 1995) ve ilgili literatür bilgisi, 2.5 Reaksiyon hızının sıcaklılığa bağlılığı ve etkinleşme değişkenleri başlığı altında özetlenmiştir. 2.1 Triorganoçinkat Bileşikleri Organoçinko bileşikleri, üç farklı gruba ayrılırlar (Erdik 1996, Knochel ve Jones 1999, Rappoport ve Marek 2008): (i) Monoorganoçinko bileşikleri (organoçinko halojenürler), RZnX (X=Cl, Br, I) 1, (ii) Diorganoçinko bileşikleri, R 2 Zn 2, (iii) Triorganoçinkat bileşikleri, R 3 ZnM (M=Li, MgBr) 3, R grupları aynı olduğu durumda basit (homo) çinko bileşikleri ve farklı olduğu durumda karışık (hetero) çinko bileşikleri olarak adlandırılırlar. R 1 R 2 Zn 4 ve R 1 R 2 2ZnM (veya R 1 2R 2 ZnM) 5 bileşikleri, sırasıyla karışık diorganoçinko ve triorganoçinkat bileşikleridir. 5

21 R 2 Zn bileşikleri, RZnX bileşiklerinden daha etkindirler; R 3 ZnM (M=Li, MgBr) bileşiklerinin etkinlikleri daha fazla olmakla beraber substrata bağlı kalarak değişir. Triorganoçinkatların, organoçinko halojenür ve diorganoçinko reaktifleri ile yürümeyen bazı reaksiyonları gerçekleştirdiği gözlenmiştir. Organoçinko bileşikleri, fonksiyonlu grupları içeren organil grupları taşıdıkları ve fonksiyonlu grupları içeren substratlarla etkileşebildikleri için organometalik sentezde önemli bir yere sahiptirler. Basit mono- ve diorganoçinko bileşiklerinin hazırlanmasında, aşağıdaki yöntemler kullanılır (Erdik 1996, Knochel 1999): 1. Yükseltgen metalleme: (2.1) (1 veya 2 eşd) Günümüzde Zn/LiCl ile FG-RX FG-RZnX dönüşmesi de yapılabilmektedir (Knochel, 1999 ). 2. Halojen-çinko değişmesi: (1 veya 2 eşd) (2.2) 3. Hidrojen-çinko değişmesi (Metalleme): (2.3) (1 veya 2 eşd) 4. Transmetalleme: (1 veya 2 eşd) (2.4) 5. Yükseltgen-indirgen transmetalleme: (2.5) Mono- ve diorgano çinkoların ve triorganoçinkatların hazırlanması ile ilgili kaynak bilgisi Bölüm 2.2 de verilecektir. Aşağıda organoçinko bileşiklerinin yapısı hakkında 6

22 kısa bilgi verilmiş ve triorganoçinkat bileşiklerinin yapısı hakkında kaynak bilgisi özetlenmiştir. Diorganoçinko bileşiği, çinko atomu üzerinde iki tane 4p yörüngesine sahip olduğu için organoçinkat denilen üç ya da dört koordinasyon sayılı çinkat kompleksini oluşturmak üzere iki veya dört elektron alabilir (Şema 2.1). Komplekslerde R grupları yerine CN ve SCN grupları da yer alabilir ve siyanoçinkatlar ve tiyosiyanoçinkatlar oluşabilir. Organoçinkat bileşikleri, Wanklyn in Et 2 Zn ile alkali metal arasındaki reaksiyondan Et 3 ZnNa ve Et 3 ZnK reaktiflerini elde ettiği 1858 tarihinden beri bilinmektedir (Wanklyn, 1858). Wittig ve çalışma grubu, 1951 de, Ph 3 ZnLi un floureni metallediğini ve benzofenone katıldığını rapor etmiştir (Lange 1951). Bununla birlikte, Isobe, Goto ve çalışma grubu tarafından 1977 de rapor edilen ve trialkilçinkatların halkalı enonlara konjuge katılmayı konu alan öncü çalışmalarından önce çok az çalışma rapor edilmiştir (Gotto 1977). Günümüzde, organoçinkat bileşikleri, özel etkinlikleri nedeniyle organoçinko bileşiklerinin yoğun araştırılan bir sınıfını oluşturmaktadır (Harada 2008). Organoçinkatlar, genel olarak organoçinko halojenür ve diorganoçinko bileşiklerinden daha etkindirler. Bu etkinliklerine rağmen, diğer organoçinko bileşikleri gibi bazı fonksiyonlu gruplarla uyumluluk göstermektedirler (Harada 2008). Çeşitli çinkatların katı yapıları, X-ışınları kristallografisi analizi ile aydınlatılmıştır. Analiz sonuçları, basit üç ve dört koordinasyon sayılı organoçinkatların R 3 ZnM (M=Li, MgX, Na, K), [R 3 Zn] 2 M (M= Ca, Ba, Mg) ve R 4 ZnLi 2 yanında karışık çinkatların R 1 (R 2 ) 2 ZnM (M=Li, K) ve R 2 (Y)ZnLi (Y= RO, R 2 N) da varlığını göstermiştir (Harada, 2008). Genel olarak, üç koordinasyon sayılı ve dört koordinasyon sayılı organoçinkatlarda, R 3 Zn - ve R 4 Zn 2- anyonları, sırasıyla üçgen düzlemi ve düzgün dörtyüzlü şekli göstermektedirler. Triorganoçinkatların katı halde ve çözeltideki yapıları konusundaki çalışmalar rapor edilmiştir (Rappoport ve Marek 2004). 7

23 Şema 2.1 Aşağıda, diorganokuprat R 2 Cu - M + ve triorganoçinkat R 3 Zn - M + bileşiklerinin R=Me olması durumunda nükleofilik yapıları hakkında bilgi verilmiştir. Organokupratlarda organik grubun 2p ve metalin 3d yörüngeleri birbirine yakın olduğundan yaklaşan substrat türünün etkisi ile Me-Cu-Me geometrisinde az bir değişme sonucu bu yörüngeler birbirleriyle karışır ve değişmeye bağlı olarak, Me 2 Cu - nun substratlara karşı olan etkinliği de değişir. Sonuçta, doğrusal ve eğimli Me 2 Cu - nun d yörüngelerinin bağıl enerjilerini kontrol edebileceği ve Me 2 Cu - ile konjuge katılmanın doğrusal geometride Me 2 Cu - ile yürüdüğü (Mori 1997, Mori 1999, Nakamura 1999), fakat S N 2 reaksiyonlarının eğimli geometride Me 2 Cu - ile yürüdüğü ve hatta eğimli geometrideki değişmenin alkilleme reaksiyonları arasındaki mekanizma farklılığına yol açabileceği (Mori 1998) rapor edilmiştir. Trimetilçinkat komplekslerinde metalin yükü, 3d yörüngelerinin enerji düzeyini etkilerken Me grubu 2p yörüngelerini çok az etkilemektedir. Me 2 Zn bileşiğinde Me 8

24 grubunun 2p yörüngeleri ile Zn metalinin 3d yörüngeleri birbirinden çok ayrıdır; 3d yörüngeleri yüksek enerji düzeyinde olduğu halde 2p yörüngeleri düşük enerji düzeyindedir. Dolayısıyla, 3d ve 2p yörüngelerinin çinko ve çinkat bileşiklerinde birbirleriyle karışması ve buna bağlı olarak metal merkezli nükleofil olarak davranmaları mümkün değildir. Bir metil grubunun daha Zn ya bağlanması ile oluşan Me 3 Zn - M + da bu yörüngelerin enerjisi değişerek birbirine yaklaşmakta ve dolayısyla, nükleofilik etkinlikleri artmaktadır. Organobakır bileşikleri kuprat bileşikleri R 2 Cu - M + yapısında oldukça etkin nükleofiller olmasına karşın, organoçinko bileşikleri, çinkat kompleksleri halinde daha zayıf nükleofildir (Abel 1995, Koike 1998, Berger 1999). Sonuç olarak, metal merkezli nükleofil olan kupratların tersine organoçinkatlar, alkil 2p yörüngelerinin yüksek enerjili olmalarından dolayı, alkil nükleofili olarak davranırlar (Hirai 2000). Bu farklılık, Cu ve Zn atomlarının periyotlu dizgede yan yana bulunmasına rağmen, reaksiyonlarda neden farklı etkinlik gösterdiklerini açıklayabilir. 2.2 Karışık Triorganoçinkat Bileşiklerinin Hazırlanması Karışık triorganoçinkat bileşiklerinin hazırlanmasında kullanılan yöntemler aşağıda açıklanmıştır (Erdik 1996, Knochel ve Jones 1999, Rappoport ve Marek 2008): Transmetalleme Karışık triorganoçinkatlar 5, RLi veya RMgBr bileşiğinin R 1 2Zn 2 ile etkileştirilmesiyle hazırlanabilirler (2.6). (2.6) Veya RM ve R 1 M bileşikleri (toplam 3 eşd.), sırayla ZnCl 2 (veya uygun bir Zn(II) tuzu) ile etkileştirilir (2.7): (2.7) 9

25 Me 3 ZnLi nin MeLi ile etkileştirilmesi, dengede Me 4 ZnLi 2 oluşturur (2.8) (Berger 1999). Bu reaktifin Me 3 SiCN ve Me 3 SiSCN ile etkileşmesi sonucu oluşan dört koordinasyon sayılı çinkatlar (2.9), üç koordinasyon sayılı çinkatlara kıyasla daha yüksek etkinlik gösterirler (Şema 2.1) (2.8 ve 2.9) (Kameda 1996, Kondo 1997, Kameda 1998)]. Bu durum, Bölüm 2.1 de açıklandığı gibi, ek bir grubun gelmesi ile iletilecek olan grubun p yörüngesinin enerjisindeki artış ile açıklanmaktadır (Harada 2008). (2.8) (2.9) Metalleme Basit çinkatlar, karışık çinkatları oluşturmak üzere asidik hidrojenleri metalleyebilecek derecede etkindirler (2.10). o-fg taşıyan arilçinkatlar, FG taşıyan benzenin di(t bütil)(tetrametilpiperidil)çinkat ile doğrudan metallenmesi ile hazırlanabilirler; metalleme için kullanılan çinkat, tetrametilpiperidillityum (TMPLi) ve t-bu 2 Zn dan elde edilebilir (2.11) (Kondo 1999). R H R 1 3ZnLi R ZnR 1 2Li THF (2.10) Y Y H N Zn(t-Bu) 2 Li THF Zn(t-Bu) 2 Li (2.11) Y = COOR, CONR 2, CN 10

26 2.2.3 Halojen-çinko değişmesi Lityum trialkilçinkatlar, alkil bromürler, 1,1-dibromalkenler ve 1-brom-1-kloralkanlar ile karışık çinkatları oluşturmak üzere etkin bir şekilde halojen-çinko değişmesi reaksiyonu verirler (2.12) (Hara 1988, Harada 1989, Harada 1991, Hara 1993, Harada 1993, Harada 1994, Harada 1996, İmahori 2001, Knorr 2004). Örneğin, yüksek sıcaklık gerektiren Me 3 ZnLi dışında, çinkatların 1,1-dibromalkenlerle olan reaksiyonları, -85 C de 30 dakikada başarıyla gerçekleştirilmiştir (2.13) (Hara 1993). Çinkatların etkinliğinin yaklaşık olarak n-bu s-bu > t-bu > Me sırasında azaldığı görülmüştür. Ph 3 ZnLi için reaksiyon gözlenmemiştir. Seçimlilik daha çok sterik engelli vinil bromürlerde gözlenmiştir (Harada 1994). R 1 R 2 CYBr Y = Br, Cl R = Aril R 3 ZnLi THF, -85 o C R 1 R 2 CYR 2 ZnLi (2.12) R R 1 Br Br R 2 3ZnLi THF, -85 o C R R 1 ZnR 2 2 Li Br R R 1 Br ZnR 2 2 Li (2.13) Aril iyodürler de, karışık çinkatları oluşturmak üzere düşük sıcaklıklarda etkin bir şekilde halojen-çinko değişmesine uğrarlar (2.14) (Kondo 1994, Fujinami 1997, Fujiwara 1997, Fujiwara 1998). Primer ve sekonder alkil iyodürlerin t-bu 3 ZnLi ile iyot-çinko değişmesi reaksiyonu da oda sıcaklığında yürümektedir (Fujinami 1997). Y I R 3 ZnLi Y ZnR 2 Li THF, -78 o C (2.14) R = Me, t-bu Y = H, Me, MeO, CO 2 R Trialkilçinkatlar, aril bromürlere karşı etkin değildir. Bromürlerden arilçinkatların oluşumu, daha etkin dört koordinasyon sayılı çinkatların kullanımı ile mümkündür. Me 4 ZnLi 2 ve Me 3 Zn(L)Li (L=CN, SCN), 0 C ve oda sıcaklığı aralığında verimli bir 11

27 brom-çinko değişimine uğramaktadır (2.15) (Kameda 1996, Kondo 1997, Kameda 1998). Y Br Me 3 Zn(L)Li 2 Y ZnMe 2 (L)Li 2 THF 0 o C-o.s. Y = H, MeO, CN L = Me, CN, SCN (2.15) Trimetilçinkatların yanı sıra tri(t-bütil)çinkatların da, aril iyodürler için mükemmel bir metalleme aracı olduğu bulunmuştur. Me ve t-bu gruplarının çok iyi birer etkileşmeyen grup olması nedeniyle bunların dışında birçok grup, etkileşen grup olarak bir elektrofile iletilmektedir (Şema 2.2). Bu halojen-çinko değişmesi, aril iyodürdeki yapı ve reaksiyon koşullarına bağlı olarak, karşılık gelen bromürlerde de gerçekleşmektedir (Fujinami 1997). Şema 2.2 I R 3 ZnLi ZnR 2 Li E E R 1 R 2 THF 4 sa, -78 o C R 1 R 2-78 o C-o.s. R 1 R 2 % R 1 = H, OMe, CO 2 R R 2 = H, OMe R = t-bu, Me E = PhCHO, MeI, CH 2 =CHCH 2 I, PhCOCl m-sübstitue aril bromürlerin aminoçinkatlar ile halojen-çinko değişmesi sonunda oluşan karışık çinkatların ara ürün olarak sübstitue arinleri verdiği bulunmuştur (Şema 2.3). Yüksek yer seçimlilik ve fonksiyonlu grup uyumluluğu nedeniyle, yöntem geniş sentetik uygulama bulabilir (Kajihara 2002). 12

28 Şema 2.3 Y N ZnMe 2 Li Y H ZnMe 2 Li Br Br Y = CN, CO 2 R, CONR 2, Cl, F Ph O Y Y Ph Ph O Ph 2.3 Karışık Triorganoçinkat Bileşiklerinin Reaksiyonları Çapraz eşleşme reaksiyonları ve epoksitlerde halka açılması Çinkatlar, geçiş metali katalizli çapraz eşleşme reaksiyonlarında çok iyi nükleofillerdir. Tri- ve tetraaril çinkatların, Pd(0) katalizli çapraz eşleşme reaksiyonlarında bütün aril gruplarını iletebildikleri rapor edilmiştir (Şema 2.4) (Fürstner 2002). Aril iyodür ile metil çinkatların iyot-çinko değişmesi reaksiyonundan oluşan arilçinkatlar seçimli olarak 6-endo izomer, A, oluşturmak üzere halka kapanmasına uğrar (Şema 2.5) (Kameda 1998). Dört koordinasyon sayılı çinkatlar, karşıt bir rejioseçimlilik sergileyerek halka kapanması sonucu 5-ekzo izomer, B, verirler (Harada 2008). 13

29 Şema 2.4 EtO EtO O A Li ZnCl 2 THF EtO EtO O n ZnLi m N Cl Pd(dppf)Cl 2 EtO EtO O N n m dppf: Difenilfosfinoferrosen PPh 2 Fe B PPh 2 Şema 2.5 I O Çinkat OH OH N SO 2 Ph THF -78 o C-o.s. N SO 2 Ph N SO 2 Ph Çinkat A:B Me 3 ZnLi 96:4 Me 4 ZnLi 2 13:87 Me 3 Zn(SCN)Li 2 3:97 Me 3 Zn(CN)Li 2 20:80 A B ,2-Katılması reaksiyonları o-substitue arilçinkat ve heteroarilçinkatlar, benzaldehit ile etkileşerek yüksek verimde ter-alkolleri oluştururlar. Karışık çinkatların kullanılmasında ligandların etkinlik dereceleri önemli etkendir ve yaklaşık olarak Bu Ph > Me > t-bu sırası rapor edilmiştir (Şema 2.6) (Fujinami 1997). 14

30 Şema 2.6 Ph(R) 2 ZnLi PhCHO THF -78 o C-o.s. Ph OH A Ph Ph OH B R R A:B n-bu 21:79 Me 93:7 t-bu 100:0 Organoçinkatların aldehitlere katılma reaksiyonları ile ilgili yapılan bir çalışmada, diorganoçinko reaktifine kıyasla triorganoçinkat bileşiğindeki Lewis asidi Li + katyonunun ve eksi yüklü Me 3 Zn - anyonik nükleofilinin itme-çekme birlikteliği nedeniyle katılma reaksiyonunun kolaylaştığı bulunmuştur. Karışık organokupratların RCu(X)Li aldehide katılma reaksiyonlarında olduğu gibi karışık triorganoçinkatlarda da, R 2 Zn(X)Li, çoğunlukla R ya da X seçimli olarak katılır (Şema 2.7). Dialkilhidridoçinkat, dialkilaminoçinkat ve dialkilsililçinkatlarda seçimli olarak karbon içermeyen ligandın iletildiği gözlenmiştir. Diorganokupratların etkinliğinin fazla olması (organobakırdan diorganokuprata geçildiğinde), R-sp yörüngeleriyle karışabilen 3d yörüngelerinin yüksek enerjili olmasından ileri gelmekte ve ligand iletim seçimliliği, Li-X bağı dolayısıyla Cu(III) ara ürünündeki kararlılığa dayanmaktadır. Fakat Zn atomunun yüksek enerjili 3d yörüngeleri R-sp yörüngeleriyle karışamazlar. Dolayısıyla bir Zn(IV) durumu söz konusu değildir. Bu nedenle, organokuprat bileşiğinde Cu atomu karbonil grubunun π-sistemiyle doğrudan etkileşirken organoçinkat bileşiğinde Zn atomu doğrudan etkileşemez. Başka bir deyişle, organokuprat, metal merkezli anyonik nükleofil, R(X)Cu - olduğu halde organoçinkat bileşiği, R 2 Zn(X) - bir alkil nükleofili olarak davranır. Düzlemsel yapıda (en kararlı hali) olan triorganoçinkatlarda iletilecek grubun yönlenmesi de önemlidir. Grup, karbonil grubu üzerine iletilirken alkoksi grubu da Zn üzerine bağlanır. Örneğin, hidrido grubu iletimi, grubun s yörüngesinin herhangi bir yönlenmesi olmadığından kolay gerçekleşir, çünkü geçiş durumu yapısında hidrido grubu s yörüngesi Zn metali merkezinden karbonil karbonuna doğru hafif bir bağ yönelmesine uğrar. Organoçinkat bileşiklerindeki grup seçimliliği, yükseltgenme basamağı değişmeden kalan Zn(II)-X bağ bozunmasının kinetik etkinliği tarafından kontrol edilir. Bu anlamda, organoçinkattaki bir grubun karbonil grubuna iletimi, dört 15

31 merkezli ara yapı üzerinden geçen ve elektrofilin Li ile etkinleştiği yani bir elektron iletiminin (yükseltgenme-indirgenme) olmadığı MeLi un karbonil grubu ile etkileşmesine benzemektedir (Şema 2.7) (Nakamura 2004). Şema 2.7 Me Zn Me Li Me Zn O X H H Me Li X H O H X = H, Me, NH 2, SiH 3 HO X H H Me Li Zn O Me X H H Me Me Zn Li X # O H H Karışık organoçinkatın, N-(ter-butilsülfinil)imine diastereoseçimli katılması sonucu asimetrik primer amin sentezinde kullanılması rapor edilmiştir (Şema 2.8). Grup seçimliliği oldukça iyi gerçekleşmiştir. Özellikle, etkileşmeyen grup olarak metil grubu çok kullanışlıdır. İminle etkileşen karışık triorganoçinkat reaktifi, R 1 (R 2 ) 2 ZnMgBr reaksiyon ortamında Grignard reaktifi, R 1 MgBr ve katalitik miktardaki (R 2 ) 2 Zn bileşiğinden in situ olarak ve katalitik miktarda oluşmaktadır. Kıyaslamak amacıyla, reaksiyonlar Grignard reaktifleriyle de denenmiş, fakat EtMgBr dışındaki Grignard bileşikleri ile düşük verim ve diastereoseçimlilik gözlenmiştir. Karışık organoçinkatlar ile alkil grubunun etkileşen grup olarak imin karbonuna diastereoseçimli iletimi oldukça etkili bir yöntemdir (Almansa 2008). 16

32 Şema 2.8 Ph O N S H t-bu 1. R 1 MgBr "R 2 2Zn" THF 2. NH 4 Cl/H 2 O 1-12 sa o C Ph O HN S H t-bu Ph O HN S A B % A:B = 44:56-98:2 H t-bu R 2 2Zn R 1 = Me, Et, i-pr, n-c 5 H 11, CH=CH 2 R 2 = Et, Me R = Et, i-pr, n-c 5 H 11, CH=CH 2 Ketonların, katalitik ZnCl 2 beraberinde Grignard reaktifleri ile yüksek kimyasal seçimlilikte alkilleme (ve arilleme) reaksiyonları araştırılmıştır. Reaksiyondaki etkin katalitik ara yapının karışık çinkat olduğu öne sürülmüştür. Etkileşmeyen grup olarak trimetilsililmetil grubu (d-σ* geri-bağlanma nedeniyle kararlı bağ oluşturur) ve etkileşen grup olarak çok sayıda alkil ve aril grupları incelenmiştir. Grignard reaktiflerinden katalitik ZnCl 2 beraberinde katalitik miktarda oluşan alkil di(trimetilsililmetil) çinkat ve aril di(trimetilsililmetil) çinkat reaktiflerinin alifatik ve aromatik ketonlara katılma reaksiyonları irdelenmiştir. Ayrıca, stokiyometrik miktarda LiCl ilavesinin reaksiyon verimini arttırdığı görülmüştür. Reaksiyonda etkin olan katalitik yapının R T (TMSCH 2 ) 2 Zn - Li + olduğu öne sürülmüştür. Reaktifte katyon bileşeninin Li + olması RMgCl ün dışında RMgBr ve RMgI reaktiflerinin de kullanılabilmesini açıklamaktadır (Hatano 2010). Sonuç olarak, katalitik ZnCl 2, TMSCH 2 MgCl ve LiCl koşullarında Grignard reaktifleri RMgX nin (R = alkil, aril; X = Cl, Br, I) yüksek kimayasal seçimlilikte ve yüksek verimde ketonlara katılabildikleri ve çoğu reaksiyonda indirgenme ürünün oluşmadığı görülmüştür (Şema 2.9). Reaksiyon ortamında LiCl ün ve TMSCH 2 MgCl reaktifinin kullanılmadığı ve dolayısıyla reaksiyonun katalitik basit trialkilçinkat, R T ZnMgCl üzerinden yürüdüğü reaksiyonları konu alan önceki çalışmalarda R = aril ve X= Br, I durumunda reaksiyonların yürümediği bulunmuştur (Hatano 2010). 17

33 Şema 2.9 R 1 O R 2 RMgX (1.1 eşd.) ZnCl 2 (%10 mol) TMSCH 2 MgCl (%20 mol) LiCl(1.1 eşd.) THF, 0 o C, 2 sa HO R R 1 R 2 HO H R 1 R 2 R = Me, Et, i-pr, n-oktil, naftil, homoallil, siklohekzil, 4-FC 6 H 4 R 1, R 2 = Me, Et, Ph, i-pr, naftil, siklohekzil, siklohekzenil, CF 3, COOEt, CH(OEt) 2, piridin, tiyofen X = Cl, Br, I α,β-doymamış karbonil bileşiklerine 1,4-katılması Alkil gruplarının α,β-doymamış ketonlara, 1,2-katılmasının eşlik etmediği 1,4-katılması için en çok kullanılan reaktifler olan kupratlara ek olarak organoçinkatlar da yaygın olarak kullanılmaktadır (Kjonaas 1986). Lityum trialkilçinkatlar, α,β-doymamış ketonlara 1,4-katılması için etkin reaktifler olarak kullanılırken, lityum aril(dialkil)çinkatlar daha az etkin olarak kullanılmıştır. (Kondo 1994). Lityum çinkatlarda 1,4-katılması gözlendiği halde magnezyum çinkatların reaksiyonunda çoğunlukla az miktarda 1,2-katılması da eşlik ettiği gözlenmiştir. Karışık organoçinkatların kullanıldığı reaksiyonlarda ürün dağılımında yaklaşık etkinlik sırası, Me 2 PhSi >> CH=CH 2, i-pr, Et, n-bu, i-bu, Ph > Me, t-bu > neo-pent olarak bulunmuştur (Nozaki 1986). Bu yüzden, karışık dimetilçinkatlar, RMe 2 ZnM (M=Li, MgX), R grubu olarak n-alkil veya s-alkil, Ph, vinil veya silil gruplarının seçimli iletimi için etkin bir şekilde kullanılırlar (Şema 2.10) (Harada 2006). Bu sıra 1,4-katılmasında neopentil grubunu kolayca transfer eden karışık organokuprat ile elde edilen sıradan farklıdır (Hirai 2000). Kiral çinko enaminat (azaenolat), karışık çinkat oluşumu ile birlikte stereoseçimli konjuge katılma verir (Şema 2.11) (Konah 1987). Katılma ürününün hidrolizi enantiyomerik olarak fazlalıkta 1,5-diketon oluşturur. (Harada 2006) Konjuge katılmalarda kupratlara kıyasla çinkatların daha az etkin olmasına rağmen oluşan çinko enolat daha yüksek etkinlik gösterir ve karbonile katılma ve alkillemede kullanılabilir (Morita 1986). 18

34 Şema 2.10 n Me 2 RZnM THF O O R = n-alkil, sek-alkil, fenil, venil, silil M = Li, MgX R n Şema 2.11 Ph Ph N OMe 1. n-buli THF 2. Me 2 Zn Ph Ph N ZnMe 2 Li OMe 1. n O 2. Hidroliz O H n O Alkenlerin Schwartz reaktifi, Cp 2 Zr(H)Cl ile hidrozirkonasyon reaksiyonu sonucu elde edilen alkenilzirkonyum reaktifinin Zr Cu transmetallenmesi ve alkenil ligandının enona transferi sonucunda bakır enolat oluşur. Bakır enolat Me 3 ZnLi ile in situ etkileşerek etkin çinko enolat verir (Şema 2.12) ve çinko enolatın 5-COOMe sübstitue aldehit ile reaksiyonunda ürün ile beraber bakır enolat geri kazanılır (Lipshutz 1994). Çinkatların α,β-doymamış esterlere konjuge katılması ile ilgili çok az çalışma rapor edilmiştir (Chemla 2002). I-Zn değişmesinde Me 4 ZnLi 2 kullanılarak hazırlanan dört koordinasyon sayılı çinkatlar orta verimde molekül içi katılması verirler (Şema 2.13) (Kameda 1998). Bu reaksiyonda Me 3 ZnLi kullanıldığı zaman halka kapanması gözlenmemiştir (Harada 2006). 19

35 Şema 2.12 Şema 2.13 I COOMe Me 4 ZnLi 2 COOMe X X = O, NSO 2 Ph THF -40 o C X Karışık sililçinkatlar, (Me 2 PhSi)R 2 ZnLi (R=Me, Et), çeşitli α,β-doymamış karbonil bileşiklerine β-silil karbonil bileşiklerini oluşturmak üzere katılır (Şema 2.14). Reaksiyon, α,β-enaller ve α,β-enonlar ve daha az etkin olan α,β-enamitler ve α,β-enoatlarla da yürür (Singer 1995). 20

36 Şema 2.14 α,β-doymamış enonlara katılmalarda, iki eşdeğer MeLi ve bir eşdeğer Me 2 PhSiLi un çinko tuzları (ZnCl 2 veya ZnI 2 ) ile etkileşerek hazırlanan sililçinkatların, Me 2 PhSiLi ve R 2 Zn bileşiğinden hazırlanan sililçinkatlara göre daha yüksek verimde silillenmiş ürünler verdiği ve daha güvenilir bir yöntem oluşturduğu gözlenmiştir (Şema 2.15). Ayrıca, sililçinkatların konjuge katılmalarında sililkupratlara göre daha yüksek verimler verdiği de görülmüştür. Verimler, THF de ZnCl 2 tuzunun kullanılması durumunda ZnI 2 a göre daha yüksek (THF de çözünürlüğü yüksek olduğu için), fakat THF-TMEDA karışımında daha düşük bulunmuştur (Singer 1995). Şema 2.15 ZnCl 2 2 MeLi Me 2 PhSiLi (Me 2 PhSi)ZnMe 2 Li R 1 O R 2 (Me 2PhSi)ZnMe 2 Li THF, -78 o C çözücü R 1 = Ph, t-bu R 2 = Me, Ph, OMe Çözücü = THF, TMEDA, THF/TMEDA Me 2 PhSi R 1 % O R 2 Fosfodiyesteraz IV inhibitörünün (Astım hastalığının tedavisinde kullanılır) sentezine yönelik yapılan bir çalışmada, bu inhibitörün hazırlanmasında kullanılan vinilik sülfoksit bileşiğine çeşitli organometalik nükleofillerin asimetrik konjuge katılma reaksiyonları incelenmiş ve en iyi sonuçlar, Ni katalizi eşliğinde organoçinkat 21

37 bileşiklerinin kullanılmasıyla elde edilmiştir (Şema 2.16). Sert organometalik nükleofillerin kullanılması durumunda, istenen konjuge katılma ürünü yerine bir dimer ürünün meydana geldiği görülmüştür (Dorziotis 1997). Şema 2.16 N O S R 2 N O S R 2 M R 1 Fosfodiyestereaz inhibitörü IV R = Ph, R 1 = p-ome, m-ocp % 15-90, %ef R 1 R 1 = p-ome, m-ocp, CF 3, Cl %5-7 Ni(acac) 2 THF N N O S R 2 M = Ph 2 CuLi, PhZnCl, Et 3 ZnMgCl, Ph 3 ZnM (M=Li, MgBr, MgCl), n-bu 3 ZnLi, Me 3 ZnLi R 1 Dimer ürün R 1 R 2 M = PhLi, PhMgBr, Ph 2 Mg PhCeCl 2, Ph 2 CuCNLi 2 Lityum veya magnezyum çinkatın kullanılması, reaksiyonda herhangi bir değişime neden olmamıştır. Kuprat kullanılması durumunda verimin düşük çıkması, kupratın -5 C de kararsız olmasından kaynaklanmaktadır. Bu açıdan, triorganoçinkatlarda çok düşük sıcaklıkların kullanılma gerekliliğinin olmaması, olumlu bir özellik olarak görülebilir (Dorziotis 1997). Halomagnezyum triorganoçinkatlar, R 3 ZnMgX in konjuge ketonlara katılmaları ile ilgili yapılan bir çalışmada halojenin etkisi incelenmiş ve katılmada grup seçimliliğini etkilediği gözlenmiştir (Şema 2.17)( Kjonaas 1986). 22

38 Şema 2.17 R 3 ZnMgX n O R n O n OH R R = n-alkil, s-alkil, aril n = 0, 1, 2 Siklohekzanona konjuge katılmada, X=Br ve R=Ph ve Me olması durumunda 1,2-katılma ürünü de eşlik etmekte, fakat R=n-Bu ve i-pr durumunda 1,2-katılma ürünü oluşmamaktadır. Fakat X=Cl durumunda 1,2-katılma ürünü verimleri çok düşüktür. Metil vinil ketona konjuge katılmada X=Cl ve R=Me olması durumunda 1,2-katılma ürünü elde edilmiştir. Net bir karşılaştırma yapılamamakla beraber, n-alkil, s-alkil ve aril gruplarının iletiminde Grignard reaktiflerinden hazırlanan çinkat bileşiklerinin organolityum reaktiflerinden hazırlanan çinkatlara göre daha iyi bir yöntem oluşturduğu görülmektedir. Grignard reaktiflerinden hazırlanan çinkat bileşiklerinin, α,β-doymamış ketonlara 1,4-katılması ile ilgili yapılan incelemelerde, alkoksi grubunun iyi bir etkileşmeyen grup olarak kullanılabileceği görülmüştür (Şema 2.18) (Feringa 1988). Şema 2.18 O (i-pr) n (Ot-Bu) 3-n ZnMgBr THF/TMEDA, 0 o C O n % Verim Bromomagnezyum triorganoçinkatların ve diorganokupratların β-triflat içeren konjuge esterlere Cu katalizi eşliğinde katılmasını konu alan bir çalışmada, triorganoçinkatların daha etkili bir şekilde kullanılabileceği gözlenmiştir. Çeşitli organolityum veya Grignard reaktifleriyle hazırlanan organokupratlarla olan reaksiyonlara kıyasla bakırın 23

39 katalitik miktarda kullanıldığı Grignard reaktiflerinin reaksiyonlarında, temel ürün veya ortak ürün olarak indirgenmiş bir ürün gözlenmiştir (Şema 2.19) (İde 2001). Oluşan katalitik organokuprat reaktifi, R 2 CuMgX, konjuge katılma-ayrılma reaksiyonunda yükseltgen katılma ile Cu(III) bileşiği A yı verir ve indirgen ayrılma ile ürün B ve katalitik ara ürün RCu oluşur. Fakat bu basamakta eğer reaksiyon yavaş yürüyorsa, RMgX ile A arasında transmetalleme reaksiyonu sonucu vinil Grignard reaktifi, C, ve R 3 Cu oluşur. R 3 Cu tekrar katalitik ara ürün RCu ya dönüşür, C ise hidroliz sonucu indirgenme ürünü D yi verir (İde 2001). Şema 2.19 R 1 R 2 RMgX R 2 CuMgX TfO MeO O MgX(OTf) RMgX "CuCl 2 " "RCu" R 1 R 2 R MeO O R 1 R 2 R 2 Cu MeO O B A R-R R 3 Cu RMgX R 1 R 2 H 2 O R 1 R 2 H MeO O XMg MeO O D C Bu istenmeyen ortak reaksiyon, Grignard reaktiflerinden hazırlanan triorganoçinkatların Cu katalizi eşliğinde kullanılmaları ile giderilmiştir. Çünkü, bu katalitik çevrimde, Grignard reaktiflerinden daha az nükleofilik olan organometalik türlerin transmetalleme basamağını (A dan C oluşumu) önlemek amacıyla daha uygun olduğu düşünülmüştür. Organoçinkat bileşiği, Grignard reaktifinden daha az nükleofilik olması nedeniyle transmetalleme gerçekleşmez ve istenen ürün temel ürün olarak oluşur (Şema 2.20) (İde 2001). 24

40 Şema 2.20 R 1 R 2 R 3 ZnMgCl R 2 CuMgCl Tf O MeO O MgCl(OTf ) RMgX 3 RMgCl + ZnCl 2 "CuCl 2 " "RCu" R 1 R 2 R MeO R 1 R 2 R 2 Cu O MeO A R 3 ZnMgCl O R 1 R 2 B ClMg MeO O C Bu çalışmada sentetik açıdan diğer önemli bir nokta da, organoçinkatlar ile reaksiyonun, stokiyometrik organokuprat ile yapılan reaksiyondan daha kolay yürütülmesidir (İde, 2001) Çinkat karbenoidlerin 1,2-göçü Alkilçinko halojenürlerde ve dialkilçinko bileşiklerinde alkil grubunun α-karbonunda elektronegatif sübstituent taşıması durumunda, organoçinko bileşikleri, çinko karbenoidler olarak bilinir: XCR 2 ZnX ve (ICR 2 ) 2 Zn (Erdik 1996). (ICH 2 ) 2 Zn bileşikleri, çift bağlara CH 2 iletimi ile siklopropan oluşması reaksiyonunda kullanılırlar; aynı zamanda α-halokarbanyon kaynağı, (XCR 2 ) ZnX + veya karbokatyon kaynağı X [(CR 2 )ZnX] + olarak reaksiyon verirler. Trialkilçinkat bileşiklerinde de alkil grubunun α-karbonunda bir elektronegatif sübstituent (çoğunlukla halojen) taşıması durumunda, trialkilçinkat bileşiği, üzerindeki alkil ligandının 1,2-göçü sonucu karışık diorganoçinko bileşiğine dönüşür (Şema 2.21) (Marek, 2002). Oluşan organoçinko bileşiği, elektrofil olarak sadece H + ile değil çeşitli 25

41 elektrofillerle de etkileşerek C-C bağı oluşumunda kullanılabilmektedir (Akiyoshi 1988). Şema 2.21 X R 3 ZnLi veya X 1,2-göçü R E Br 1.n-BuLi 2.R 2 Zn ZnR 2 Li -LiX ZnR R E X X X,,, Br Br Br X Br 2-Sübstitue 1,1-dibromsiklopropanın Bu 3 ZnLi ile etkileşmesi ile hazırlanan α-halojen içeren trialkilçinkatlar çinkat karbenoid araürünü üzerinde 1,2-göçü sonucu 2-substitue (1-butilsiklopropil)çinko oluştururlar. (Şema 2.22) ve brombenzen ile Pd(0) katalizli çapraz eşleşme reaksiyonları sonucu stereoizomer karışımı 1-bütil-1-fenil-2-sübstitue siklopropanlar elde edilir (Harada 1989, Harada 1993). Şema 2.22 PhH 2 COH 2 C H Br Br Bu 3 ZnLi THF o C PhH 2 COH 2 C H Br ZnBu 2 Li 0 o C PhH 2 COH 2 C H Bu ZnBu PhBr, Pd(PPh 3 ) 2 PhH 2 COH 2 C H Ph Bu % 69 (Stereoizomer oran: 1.5:1) Çinkat karbenoidlerin 1,2-göçü ve izleyen stereospesifik reaksiyonları için (1-haloalkenil)çinkatların 1,2-göçü de örnek verilebilir (Şema 2.23) (Hara 1993). Çinkat hazırlama sıcaklığı -85-(-95) C den 0 C ye kadar arttırıldığı zaman 26

42 (1-bromoalkenil)dibütilçinkat, Z-alkenil bromür verdiği halde, (1-kloroalkenil) dibütilçinkat, E-alkenil bromür verdiği gözlenmiştir. Şema 2.23 Ph O Br Br 1. n-buli -95 o C 2.n-Bu 2 Zn 1. n-buli, -95 o C Ph O Z- Zn(n-Bu) 2 Li Br Ph 1. 0 o C 2. H 3 O + O n-bu H Z- % 67 (Z:E > 40:1) 2. F 2 ClCCFCl 2 Ph Ph Ph O Cl n-bu 3 ZnLi O -85 o C Cl 1. 0 o C O 2. H 3 O + H Br E- Zn(n-Bu) 2 Li E- % 82 n-bu Silil enoleter ve bis(iyodometil)çinko dan oluşan bileşik, çinkat yapısındaki enolat grubunun 1,2-göçü ile homoenolata dönüşür; homoenolat allilleme veya çapraz eşleşme reaksiyonunda kullanılabilir (Şema 2.24) (Achyutha Rao 1991, Achyutha Rao 1992). Proparjilik çinkatlarda 1,2-göçü ile allenik çinko bileşikleri oluşur (Şema 2.25); elektrofillerle reaksiyonları proparjilik grupları içeren ürünleri oluşturur (Harada 2006). Bu yöntem α-konumunda OMes taşıyan alkil grubu taşıyan proparjilik çinkatlardan çinko bileşikleri hazırlayarak homoproparjilik alkollerin sentezinde kullanılmıştır (Şema 2.26) (Harada 2006). 27

43 Şema MeLi 2. Zn(CH 2 I) 2 Zn(CH 2 I)Li OSiMe 3 THF O CH 2 I O COOt-Bu Br Pd(0) CuCN.2LiCl I ZnCH 2 I O O O COOt-Bu O Şema 2.25 R 1 R 2 X R R 1 R 3 ZnLi R 2 X ZnR 2 Li R 1 R 2 R ZnR E R 1 R R 2 X X = OMes, Cl, OP(O)(OEt) 2, OCONR 2 E = O 2, R 3 SiCl, RCOCl, RCHO Y = OOH, SiR 3, COR, CH(OH)R Şema 2.26 R R 1 1. R 3 ZnLi R 1 R R 2 CHO R 1 OMes 2. ZnCl 2 ZnCl R 2 OH 28

44 Proparjilik çinkatlar, β-konumunda OSO 2 Ar taşıyan alkil grubu içeriyorlarsa, 1,2-göçü ile siklopropan halkası oluşarak -20-(-10) C sıcaklık aralığında α-(siklopropiliden) alkilçinko bileşikleri elde edilir (Şema 2.27); fakat daha yüksek sıcaklıkta (0 C), halka açılmasına uğrayarak homoproparjilik çinko bileşiklerini oluştururlar (Harada 1995). Şema 2.27 ArSO 2 O H R 3 ZnLi ArSO 2 O R 2 R 1 THF R 2 R 1 ZnR 2 Li o C R 2 R 1 R ZnR >0 o C RZn R 2 R 1 R Arilçinkatlarda 4-konumunda ayrılan grup olması durumunda 1,2-göçü aril halkası üzerinde yürür ve ayrılan grubun uzaklaşması ile 4-metilen-2,5-siklohekzadienilçinko bileşiği, A oluşur ve homologasyon ile benzilçinko bileşiği B ye dönüşür (Şema 2.28). Fakat, aromatik kararlılık nedeniyle B bileşiği, elektrofillerle -40 C de kolaylıkla etkileşir (Fujiwara 1997, Fujıwara 1998). 29