كيمياء مركبات الزنك العضوية

تتضمن طريقة فرانكلاند الأصلية لتخليق ثنائي إيثيل الزنك تفاعل يوديد الإيثيل مع فلز الزنك. وكما هو الحال في تكوين كاشف غرينيارد ، يجب تنشيط الزنك لتسهيل هذا التفاعل التأكسدي والاختزالي، ^{[ 5 ]} وتعمل المذيبات الأثيرية على تسريع التفاعل عن طريق تثبيت الناتج. ^{[ 9 ]} ومن بين أشكال الزنك المنشطة التي استخدمها فرانكلاند زوج الزنك والنحاس : ^{[ 5 ]}

2 EtI + 2 Zn ⁰ → Et₂ Zn+ZnI₂

بدلاً من ذلك، يؤدي الاختزال الموضعي لـ ZnCl ₂ مع البوتاسيوم إلى توليد زنك ريكي ، وهو شكل آخر نشط من الزنك: ^{[ 10 ]}$$\displaystyle \ce \ce \c ...$$ :&{\text{أليل، أريل، ألكيل، بنزيل}}\\\mathbf {X}  :&{\text{بروميد، يوديد}}\end{cases}}}

في بعض الحالات، يكفي حمض لويس ضعيف لتنشيط فلز الزنك. على سبيل المثال، في عملية التخليق التالية، يحفز 1،2-ثنائي برومو الإيثان وكلوريد ثلاثي ميثيل السيليل تكوين مركب الزنك العضوي النهائي من خلال عملية تبادل الفلزات، ولكن المكون الرئيسي هو كلوريد الليثيوم ، الذي يشكل بسرعة ناتج إضافة قابل للذوبان مع وسيط برومو إيثيل الزنك، مما يؤدي إلى إزالته من سطح الفلز: ^{[ 11 ] [ 12 ]}

يتم تسهيل تكوين كواشف الزنك العضوية بشكل عام عندما تحمل هاليدات الألكيل أو الأريل بدائل ساحبة للإلكترونات، على سبيل المثال، النتريلات والإسترات؛ ^{[ 13 ]} هذه هي الخطوة الأولى في تفاعلات ريفورماتسكي وبليز .

إحدى أكثر تفاعلات تحويل المجموعات الوظيفية للزنك شيوعًا تُشكّل مركبًا عضويًا معقدًا من الزنك من خلال استبدال هاليد الألكيل بمركب عضوي أرخص:

ري  + ZnMe ₂ → R ₂ Zn + MeI  

يتطلب التفاعل إما يوديد النحاس (CuI) أو التحفيز القاعدي.

تسمح مجموعة واسعة من المركبات العضوية المعدنية وشبه المعدنية بتبادل الفلزات لتكوين مركبات الزنك العضوية. ومن الأمثلة على ذلك تفاعل ثنائي فينيل الزئبق مع فلز الزنك لتكوين ثنائي فينيل الزنك والزئبق المعدني : ^{[ 9 ] : 8}

HgPh ₂ + Zn → ZnPh ₂ + Hg

من الناحية العملية، يتم تصنيع مركبات الزنك العضوية بشكل شائع من خلال تبادل المعادن بين مركبات الزنك العضوية الرخيصة ومركبات البورون العضوية ، والأخيرة من عملية هيدروبورون أولية : ^{[ 14 ]}

تتمثل فائدة التحويل المعدني إلى الزنك في تحسين تحمل المجموعات الوظيفية: مركبات الزنك العضوية أقل تفاعلية من العديد من المركبات العضوية المعدنية، وبالتالي فهي انتقائية للموقع الأكثر تفاعلية في الجزيء.

على سبيل المثال، يعمل الزنك على تعديل العديد من كواشف ألكيل الليثيوم :

• في عملية تصنيع ماوكريستال V، ينتج عن عملية إدخال فلز موجهة في الموقع أورثو مركب أريل الليثيوم الأولي، والذي يُنقل بدوره إلى مركب أريل الزنك المطلوب. يتميز مركب أريل الزنك بانخفاض تفاعليته بشكل ملحوظ مقارنةً بمركب أريل الليثيوم، وبالتالي فهو يتحمل وظيفة الإستر بشكل أفضل في عملية الاقتران اللاحقة مع ميثيل كلورو أوكسالوأسيتات. ^{[ 15 ]}

• في إحدى الدراسات، كان فينيل الليثيوم شديد التفاعل في إضافة شبيهة بتفاعل غرينيارد الكيرالي ، مما أدى إلى إنتاج كحول راسيمي حتى في وجود عامل حفاز كيرالي. ومع ذلك، فإن عملية التبادل الفلزي والتمخلب لنفايات كلوريد /بروميد الليثيوم تُنتج ثنائي فينيل الزنك، الذي يتفاعل ببطء كافٍ ليتمكن عامل حفاز كيرالي مشتق من البورنيول من اختيار المتماثل الضوئي : ^{[ 16 ]}

يمكن استخدام هذا التفاعل العضوي لتحويل إستر ألفا هالو والكيتون أو الألدهيد إلى إستر بيتا هيدروكسي. يلزم استخدام حمض لبروتنة الألكوكسيد الناتج أثناء المعالجة. الخطوة الأولى هي إضافة تأكسدية لفلز الزنك إلى الرابطة بين الكربون والهالوجين، مما يُشكل إينولات الكربون-الزنك. يمكن بعد ذلك إعادة ترتيب إينولات الكربون-الزنك إلى إينولات الأكسجين-الزنك عبر التناسق. بمجرد تكوّن هذا المركب، تتناسق المادة الأولية الأخرى المحتوية على الكربونيل بالطريقة الموضحة أدناه، مُعطيةً الناتج بعد البروتنة. ^{[ 20 ]} تتمثل مزايا تفاعل ريفورماتسكي مقارنةً ببروتوكولات تفاعل الألدول التقليدية فيما يلي:

1. يسمح باستخدام ركائز الكيتون المشتقة للغاية
2. يمكن تكوين وسيط الإستر إينولات في وجود أجزاء قابلة للتحول إلى إينولات
3. مناسب تمامًا للتفاعلات داخل الجزيئية

يوضح الشكل أدناه حالة الانتقال السداسية لنموذج زيمرمان-تراكسلر (التحكم في التخليب، انظر ^تفاعل ألدول )، حيث يكون R ³ أصغر من R ^{4. [ 21} ]

تم استخدام تفاعل ريفورماتسكي في العديد من عمليات التخليق الكلي مثل تخليق C(16),C(18)-bis-epi-cytochalasin D: ^{[ 22 ]}

يسمح تفاعل ريفورماتسكي حتى باستخدام هومو-إينولات الزنك. ^{[ 23 ]} يُعد تفاعل بليز تعديلاً لتفاعل ريفورماتسكي . ^{[ 21 ]}

يُستخدم كاشف سيمونز-سميث لتحضير مركبات السيكلوبروبان من الأوليفينات باستخدام يوديد الميثيلين كمصدر للميثيلين. ويتم التفاعل بوجود الزنك. المركب الوسيط الرئيسي المتكون هو كاربينويد (يودوميثيل) يوديد الزنك، والذي يتفاعل مع الألكينات لإنتاج مركب السيكلوبروبان. وتزداد سرعة تكوين أنواع الزنك النشطة باستخدام الموجات فوق الصوتية، نظرًا لأن التفاعل الأولي يحدث على سطح المعدن. $${\displaystyle 2\,{\color {Red}{\ce {CH2I2}}}+2\,{\color {Blue}{\ce {Zn}}}\ {\ce {-> 2}}\,{\color {Red}{\ce {ICH2}}}{\color {Blue}{\ce {ZnI}}}\ {\ce {<=>}}\ {\color {Red}{\ce {(ICH2)2}}}{\ اللون {أزرق} {\ ce {Zn}}} + {\ اللون {أزرق} {\ ce {Zn}}} {\ اللون {أحمر} {\ ce {I2}}}}$$

على الرغم من أن الآلية لم تُشرح بالكامل، يُفترض أن وسيط الزنك العضوي هو كاربينويد فلزي . يُعتقد أن هذا الوسيط ثلاثي المراكز من نوع "الفراشة". يمكن توجيه هذا الوسيط بواسطة بدائل، مثل الكحولات، لتوصيل حلقة البروبان الحلقية على نفس جانب الجزيء. يُستخدم زوج الزنك والنحاس عادةً لتنشيط الزنك. ^{[ 21 ]}

يمكن لمركبات الزنك العضوية المشتقة من بروميد أو يوديد الميثيلين أن تتفاعل إلكتروفيليًا مع مجموعات الكربونيل لتكوين الألكينات الطرفية . ^{[ 24 ]} يرتبط هذا التفاعل ميكانيكيًا _بتفاعل تيب _، ويمكن تحفيزه بواسطة أحماض لويس مختلفة (مثل TiCl4 أو _Al2Me6 ). ^{[ 25 ]} يُستخدم هذا التفاعل لإدخال الديوتيريوم في الجزيئات لأغراض الوسم النظائري أو كبديل لتفاعل فيتيغ .

تجمع تفاعلات الاقتران المتقاطع القوية هذه، التي تُكوّن رابطة كربون-كربون، بين هاليد عضوي وكاشف هاليد الزنك العضوي بوجود محفز من النيكل أو البلاديوم . يمكن أن يكون هاليد المتفاعل العضوي ألكينيل ، أو أريل ، أو أليل ، أو بروبارجيل . كما تم الإبلاغ عن اقتران ألكيل الزنك مع هاليدات الألكيل مثل البروميدات والكلوريدات باستخدام محفزات نشطة مثل المحفزات الأولية Pd-PEPPSI، التي تُقاوم بشدة حذف بيتا-هيدريد (وهو أمر شائع مع بدائل الألكيل). ^{[ 26 ]} يمكن استخدام كل من المركبات العضوية ثنائية المكونات أو هاليدات الزنك العضوية كشركاء اقتران خلال خطوة التبادل الفلزي في هذا التفاعل. على الرغم من انخفاض تفاعل كواشف الزنك العضوية مع الإلكتروفيلات العضوية، إلا أن هذه الكواشف تُعد من بين أقوى النيوكليوفيلات المعدنية تجاه البلاديوم. ^{[ 27 ]}

تتطلب مركبات ألكيل الزنك وجود كمية مكافئة على الأقل من أيونات الهاليد في المحلول لتكوين مركب "زنكات" من الصيغة RZnX₃²⁻ _، قبل أن يخضع لعملية تبادل فلزي مع مركز البلاديوم. ^{[ 28 ]} يتناقض هذا السلوك بشكل كبير مع حالة مركبات أريل الزنك. تتمثل إحدى الخطوات الرئيسية في الدورة التحفيزية في عملية تبادل فلزي ^، حيث يستبدل هاليد الزنك مجموعته العضوية بهالوجين آخر مع المركز الفلزي.

ومن الأمثلة الأنيقة على اقتران نيغيشي تركيب فورستنر للأمفيدينوليد T1: ^{[ 29 ]}

يُعد تفاعل فوكوياما تفاعلًا محفزًا بالبلاديوم، يتضمن اقتران مركب ثيوإستر غير مشبع من نوع أريل، أو ألكيل، أو أليل . يمكن اقتران هذا المركب الثيوإستر بمجموعة واسعة من كواشف الزنك العضوية للحصول على الكيتون الناتج. يتميز هذا البروتوكول بحساسيته للمجموعات الوظيفية مثل الكيتون ، والأسيتات ، وهاليدات الأروماتية، وحتى الألدهيدات. تشير الانتقائية الكيميائية الملحوظة إلى أن تكوين الكيتون أسهل من إضافة البلاديوم التأكسدية إلى هذه المجموعات الأخرى. ^{[ 30 ]}

ومن الأمثلة الأخرى على طريقة الاقتران هذه تخليق البيوتين (+) . في هذه الحالة، يحدث اقتران فوكوياما مع الثيولاكتون: ^{[ 31 ]}

يتضمن تفاعل باربييه إضافة نيوكليوفيلية لأنيون كربونيل مكافئ. ويشبه هذا التفاعل تفاعل غرينيارد. يُحضّر كاشف الزنك العضوي عبر إضافة تأكسدية إلى هاليد الألكيل. ينتج عن التفاعل كحول أولي أو ثانوي أو ثالثي عبر إضافة 1،2 . يتميز تفاعل باربييه بأنه عملية تتم في وعاء واحد: إذ يُحضّر كاشف الزنك العضوي بوجود ركيزة الكربونيل. كما أن كواشف الزنك العضوية أقل حساسية للماء، مما يسمح بإجراء هذا التفاعل في الماء. وكما هو الحال في تفاعل غرينيارد، ينطبق توازن شلينك ، حيث يمكن تكوين ثنائي ألكيل الزنك الأكثر تفاعلية. ^{[ 21 ]}

تشبه هذه الآلية تفاعل غرينيارد ، حيث يمكن توليد ألكوكسيد الفلز عبر مسار جذري متدرج، من خلال نقل إلكترون واحد ، أو مسار تفاعل متناسق عبر حالة انتقالية حلقية. ومن الأمثلة على هذا التفاعل تخليق دانيشيفسكي لمركب سيكلوبروباراديسيكول. وباستخدام ظروف تفاعل إضافة الزنك العضوي، يتم الحفاظ على الوظائف الأخرى للديينون والألكاين: ^{[ 32 ]}

يتم تكوين أسيتيليد الزنك عبر وسيط ثنائي ألكينيل الزنك (تبادل المجموعة الوظيفية). وقد طُوّرت عمليات تحفيزية، مثل عملية الإيفيدرين لشركة ميرك. ^{[ 33 ]} يمكن تصنيع كحولات البروبارجيل من أسيتيليدات الزنك. ويمكن استخدام هذه الوسائط المتعددة الاستخدامات في نطاق واسع من التحولات الكيميائية، مثل تفاعلات الاقتران المتقاطع ، والهدرجة ، والتفاعلات الحلقية . ^{[ 34 ]}

في غياب الروابط الكيميائية، يكون التفاعل بطيئًا وغير فعال. أما في وجود الروابط الكيميائية الكيرالية ، فيكون التفاعل سريعًا ويعطي نسبة تحويل عالية. وقد حدد ريوجي نويوري أن معقد أحادي الزنك مع الرابطة الكيميائية هو النوع النشط. ^{[ 35 ]}

يمكن التنبؤ بالانتقائية الفراغية لإضافة كواشف الزنك العضوية إلى الألدهيدات من خلال النموذج التالي الذي وضعه نويوري وديفيد أ. إيفانز : ^{[ 36 ]}

• يحدد المركز الفراغي ألفا للرابطة الكيمياء الفراغية الملاحظة للكحولات البروبارجيلية
• تكون التأثيرات الفراغية بين بديل الألدهيد والرابطة أقل أهمية، لكنها لا تزال تحدد التكوين المفضل.

تُستخدم أسيتيليدات الزنك في مثبط النسخ العكسي لفيروس نقص المناعة البشرية من النوع الأول إيفافيرينز وكذلك في مشتقات الإيفيدرين من شركة ميرك. ^{[ 37 ]}

يمكن تكوين مركبات رباعي أورجانو زنكات مثل [Me₄Zn _] Li₂ _{عن طريق مزج Me₂Zn} وMeLi بنسبة مولية 1:2 من المتفاعلات. ويُوضح أدناه مثال آخر لطريقة تركيبية لتكوين مركبات أورجانو زنكات حلقية حلزونية: ^{[ 3 ]}

تُحضّر مركبات ثلاثي أورجانو زنكات بمعالجة ثنائي أورجانو زنك، مثل (Me₃SiCH₂ ) ₂Zn _، بفلز _{قلوي (} البوتاسيوم ) أو بفلز قلوي ترابي (الباريوم، _أو السترونتيوم، أو الكالسيوم). ومن الأمثلة على ذلك [(Me₃SiCH₂ ₎ ₃Zn _] K. يتحلل ثلاثي إيثيل زنكات إلى هيدريدو إيثيل زنكات الصوديوم (II) نتيجةً لحذف بيتا-هيدريد : ^{[ 39 ]}

2 NaZnEt ₃ → Na ₂ Zn ₂ H ₂ Et ₄ + 2 C ₂ H ₄

المنتج عبارة عن بنية ثنائية السطوح مشتركة الحواف، مع روابط هيدريد جسرية .

على الرغم من قلة الدراسات التي أُجريت عليها، تتميز مركبات الزنك العضوية عادةً بزيادة التفاعلية والانتقائية مقارنةً بمركبات الزنك العضوية المتعادلة. وقد أثبتت فائدتها في تفاعلات الألكلة الانتقائية الفراغية للكيتونات والكربونيلات ذات الصلة، وتفاعلات فتح الحلقة. وتشارك مركبات أريل ثلاثي ميثيل الزنك في تفاعلات تكوين الرابطة الكربونية بوساطة الفاناديوم. ^{[ 3 ]}