Reakcija supstitucije na aromatičnom prstenu jedna je od najčešće korištenih reakcija u organskoj kemiji. Međutim, zbog ograničenja reakcijskog mehanizma, ove supstitucijske reakcije često se mogu odvijati samo na određenim položajima na benzenskom prstenu. Na primjer, benzenski prstenovi koji sadrže grupe bogate elektronima često prolaze kroz reakcije elektrofilne supstitucije na orto ili para položaju supstituenata; dok heteroaromatski spojevi s nedostatkom elektrona često podliježu reakcijama nukleofilne supstitucije na orto ili para položaju heteroatoma. Da bi prevladali ta ograničenja, organski kemičari često koriste reakcije preslagivanja kako bi dobili proizvode koji se reakcijama supstitucije ne mogu dobiti. Iako su klasične reakcije preslagivanja (kao što su nasmiješavanje osmijeha, Claisenovo preslagivanje, Bambergerovo preslagivanje) široko korištene, ove reakcije mogu preurediti samo dio originalnih supstituenata, pa je neto rezultat ovih reakcija preslagivanja Promjena originalnog jednog supstituenta u dva supstituenta . Reakcija preslagivanja koja u potpunosti prenosi supstituent iz jednog položaja benzenskog prstena u drugi nije uobičajena u organskoj hemiji. Najklasičnija je reakcija transalkilacije, odnosno pod uvjetima reakcije Friedel-Craftsove alkilacije prerasporedite alkilnu skupinu na alkilbenzenu iz jednog položaja u drugi. Iako je ova reakcija dobila neke primjene u petrokemijskom polju, potrebna joj je jaka Lewisova kiselina, a proizvod je obično mješavina. Proizvod reakcije ima lošu predvidljivost, pa je njegova primjena na polju organske sinteze vrlo ograničena. Još jedan poznati primjer je&"migracija atoma halogena GG"; reakcija koja uključuje halogenirane aromatične ugljikovodike. To jest, pod jakim alkalnim uvjetima, atomi halogena mogu migrirati s jednog atoma ugljika na drugi nizom reakcija izmjene metala i halogena na aromatičnom prstenu. Zbog praktičnosti i predvidljivosti ove reakcije, široko se koristi u organskoj sintezi, pa čak i u ukupnoj sintezi prirodnih proizvoda.
Iako su do sada zabilježene reakcije preslagivanja na bazi alkilnih skupina i halogena, nisu zabilježene reakcije preslagivanja na osnovi karbonilnih funkcionalnih skupina. U tom kontekstu, istraživačka grupa profesora Junichira Yamaguchija sa japanskog univerziteta Waseda izvijestila je o novoj reakciji preslagivanja esterskih funkcionalnih grupa na aromatičnim prstenovima kataliziranom paladijom, koja je popunila prazninu. Istraživači su ovu reakciju nazvali&"Ester Dance GG"." (GG quot; Ester dance" reakcija). Konkretno, esterska grupa se može prenijeti sa jednog atoma ugljenika na (hetero) aromatičnom prstenu na susjedni atom ugljika pod katalizom paladija, čime se dobivaju termodinamički stabilni produkti regioizomera, a brzina konverzije reakcije je umjerena do dobra. Ovaj je rad nedavno objavljen na časopisu Science Advances.
Važan pravac istraživanja grupe profesora Yamaguchija GG-a je razvoj metala kataliziranih nekonvencionalnih reakcija sprezanja. Kada je Yamaguchi bio izvanredni profesor u grupi Itami na Univerzitetu Nagoya u Japanu, izvijestio je o nizu nekonvencionalnih reakcija spajanja na bazi aktivacije ugljikovodika i karbonilnih elektrofila. Tokom istraživanja dekarbonilacije aril estera otkrili su da bi se pod katalizom metalnog paladija mala količina esterskih grupa na fenil 1-naftoatu (1a) prerasporedila iz položaja C1 u položaj C2 dajući benzen 2-naftoat. . Estri, iako je prinos nizak (18%). Na osnovu ovog neočekivanog otkrića pretpostavili su da se reakcija preslagivanja može provesti kroz sljedeću tandemsku reakciju:
1) Oksidativni dodatak paladijuma u estersku grupu C (O) ─O,
2) Kompleti arin-paladij nastaju nakon deprotonizacije i dekarbonilacije,
3) Ponovno umetanje karbonilne grupe nakon protoniranja;
4) Smanjenje i uklanjanje.
Pod vodstvom ovog hipotetskog mehanizma, optimizirali su reakcijske uvjete. Konačno, otkrili su da je u uslovima od 10 mol% katalizatora PdCl2, 20 mol% liganda dcypt, 0,5 ekvivalenta aditiva kalijum karbonata i rastvarača meta-ksilena na 150 ℃ tokom 24 sata, prinos proizvoda preuređenja 2a bio je visok čak 85%. Kontrolna reakcija pokazala je da se u odsustvu PdCl2, dcypt ili kalijum karbonata reakcija uopće nije mogla odvijati. Iako i drugi paladijumski katalizatori (poput PdBr2) također mogu katalizirati reakciju, njihova aktivnost je slaba. Ostali metalni katalizatori (poput NiCl2) potpuno su neaktivni. Autor je proučavao i druge elektrode bogate bidentatne ligande (poput dcype, dcypbz), a rezultati su pokazali da, iako oni mogu pokretati reakciju, učinak nije tako dobar kao dcypt. Uz to, kada su se umjesto kalijum karbonata koristile druge baze, reakcija je bila potpuno inhibirana, što sugerira da je reakcija možda prošla proces deprotonacije potpomognut bazom. Dalja istraživanja o efektima rastvarača pokazala su da drugi rastvarači sa visokom tačkom ključanja (poput toluena, 1,4-diksoana, DMF-a) nisu toliko efikasni kao meta-ksilen.
U optimalnim uvjetima, autor je procijenio raspon supstrata reakcije. Prvo je autor proučavao funkcionalnu grupnu kompatibilnost esterskog fenolnog dijela. Rezultati su pokazali orto / meta / para tolil grupe (1b-1d), para / met anizolske grupe (1e i 1f), para / meta fluorofenil grupe (1g i 1h) i obje para / met bifenil grupe (1i i 1j ) su kompatibilni s ovom reakcijom, a ciljni produkt preuređenja (2b-2j) dobiva se s umjerenim prinosom (42-71%). Za benzoheterocikličke spojeve mogu se dobiti i srodni proizvodi preuređenja (2k-2m). Općenito, zbog reverzibilnosti reakcije, stopa konverzije reakcije je uglavnom manja od 90%. Pored ciljanog proizvoda, reakciju će pratiti oporavak sirovina i stvaranje nusproizvoda karboksilne kiseline (hidroliza estera). Drugo, autor je također ispitao kompatibilnost funkcionalnih skupina dijela karboksilne kiseline. Uz naftalenski prsten, piridin (1n-1s), kinolin (1t), benzotiofen (1u), obični benzen sa različitim supstituentima (trifluorometil, sulfonamid, ester, metil i fluor atomi) I prsten (1v-1aa) i antracenski prsten (1ab) može sudjelovati u reakciji, a odgovarajući produkti preslagivanja mogu se dobiti s umjerenim prinosom (27-74%).
Vrijedno je spomenuti da se pomoću ove reakcije preslagivanja jeftini benzotiofen 2-karboksilat (1u, generiran iz odgovarajuće karboksilne kiseline (20 USD / g)) može pretvoriti u derivat karboksilne kiseline s visokom dodanom vrijednošću (proizvedeno hidrolizom 2u, 13300 USD / g); jeftini 1-piren fenil karboksilat (1ac) (55 USD / g) može se pretvoriti u 2-piren fenil karboksilat (2ac, 454 USD / g), koji se može koristiti za označavanje fluorescentnog biosenzora sa pirenom; jeftini 4-metil-1-naftoat (1ad, 1ae, generiran iz odgovarajuće karboksilne kiseline (8 USD / g)) može se pretvoriti u 1-metil-3-naftoat (2ad, 2ae), hidrolizat ima visoku dodanu vrijednost proizvoda (2998 USD / g). Dobra kompatibilnost funkcionalnih grupa i brza konverzija jeftinih sirovina u proizvode s visokom dodanom vrijednošću u potpunosti ilustriraju praktičnu vrijednost primjene ove reakcije.
U procesu proučavanja raspona supstrata, autor je otkrio da kada su se kao reakcijski supstrati koristili različiti položajni izomeri estera karboksilne kiseline, isti rezultati su dobiveni kada je reakcija izvedena u optimalnim uvjetima. Na primjer, kada su 3-trifluorometil fenil benzoat (2v) i 4-trifluorometil fenil benzoat (1v) reagirali u optimalnim uvjetima, omjer 4- fenil trifluorometil benzoata (1v) i fenil 3-trifluorometil benzoata (2v). To ukazuje na to da reakcija prolazi kroz isti međuprodukt, čime se potvrđuje da je reakcija reverzibilna.
Konačno, kombinirajući reakciju migracije estera s reakcijom dekarbonilacije koju je prethodno razvila njihova istraživačka grupa, autori su dalje proučavali primjenu ove reakcije u sintezi. Na primjer, u standardnim uvjetima, reakcijom migracije estera i aktivacijom veze ugljik-vodonik, fenilni ester 3-tiofenkarboksilne kiseline (1af) reagira s benzotiazolom (4A) da bi se dobio 2-supstituirani proizvod spajanja tiofen-benzotiazola (3A), slika 5A ), dok tradicionalna reakcija spajanja dekarbonilacijom daje supstituirani proizvod sa 3 položaja. Kao što je ranije spomenuto, fenil 4-pikolinat (1n) će se preurediti u fenil nikotinat (2n) pod optimalnim uvjetima. Zanimljivo je da se u prisustvu velikog otežanog difenilamina (4B) ovaj ester Reakcija migracije odvijala je na suprotan način (tj. 2n → 1n), a zatim aminariranje dekarbonilacijom, dajući 4-supstituisani amino spojni proizvod sa prinosom od 62%, dok je tradicionalna reakcija spajanja dekarbonilacijom rezultirala zamjenom proizvoda u 3 položaja. Budući da je i sam fenol nukleofil, u odsustvu vanjskog nukleofila, fenil kinolinkarboksilat i fenil pikolinat mogu se pretvoriti u odgovarajuća eterna jedinjenja koja migriraju kombiniranjem s reakcijom dekarbonilacije. Vrijedno je spomenuti da je, kada se vrijeme reakcije 1n promijenilo sa 24 na 48 h, konverzija 1n → 2n → 3n (odnosno dvije uzastopne reakcije migracije estera) uspješno realizirana, a 2n je termodinamički više od 1n. stabilan. Međutim, eterifikacija dekarbonilacijom odvija se samo na C2 položaju piridin karboksilata, pa reakcija uglavnom stvara 3D. Ukratko, pametnom upotrebom ove reakcije može se predvidjeti da se arilni esteri mogu pretvoriti u mnoga jedinjenja koja tradicionalnim metodama nije lako dobiti.
