Bu bölüm, modern organik sentezde alkil- veya aril-asetilen bağları oluşturmak için en yaygın kullanılan yöntemlerden biri olan Sonogashira Cross-Coupling reaksiyonunu kapsar. Bu reaksiyon, 1975 yılında Kenkichi Sonogashira, Yasuo Tohda ve Nobue Hagihara tarafından geliştirilmiştir. Bir terminal alkin ile bir vinil veya aril halojenür’ün, palladyum ve bakır katalizörü varlığında eşleşerek yeni bir C(sp²)–C(sp) bağı oluşturması prensibine dayanır. Bu yöntemin en büyük avantajı, hafif koşullarda yüksek verimlerle ve mükemmel fonksiyonel gruba toleransı ile çalışabilmesidir.
Kenkichi Sonogashira, 1935 yılında Japonya'da doğdu ve Osaka Üniversitesi'nde kimya eğitimi gördü. 1975 yılında, meslektaşları Yasuo Tohda ve Nobue Hagihara ile birlikte, terminal alkinlerin palladyum ve bakır katalizörlüğünde aril veya vinil halojenürlerle etkin bir şekilde eşleşebildiğini keşfetti. Bu yöntem, alkil-asetilen (C(sp²)–C(sp)) bağlarının oluşturulmasında devrim yarattı ve günümüzde organik sentezin temel taşlarından biri haline geldi. Sonogashira, bu buluşu sayesinde uluslararası alanda tanındı ve kimya literatüründe adıyla anılan en etkili reaksiyonlardan birinin sahibi oldu. 2010 yılında Suzuki ve Negishi'nin Nobel Ödülü almasıyla birlikte, Sonogashira reaksiyonunun da bu ödülün kapsamındaki "palladyum katalizörlü çapraz eşleşmeler" grubuna dahil olduğu bilimsel camiada vurgulanmıştır.
Yasuo Tohda ve Nobue Hagihara, Kenkichi Sonogashira ile birlikte 1975 yılında bu çığır açan çalışmayı gerçekleştiren araştırmacılardır. Çalışmaları, Osaka Üniversitesi ve Osaka Municipal Technical Research Institute’de yürütülmüştür. Tohda ve Hagihara, özellikle bakır kofaktörünün terminal alkinleri nükleofilik hale getirme rolünü sistematik olarak ortaya koyan deneysel çalışmaları ile reaksiyonun başarısında kilit rol oynamışlardır. Bilim dünyası, bu üç ismin ortak katkılarını onurlandırmak için reaksiyonu resmi olarak “Sonogashira Coupling” olarak adlandırmış olsa da, orijinal makalede yazar sırası “Sonogashira, Tohda, Hagihara” şeklindedir ve bu nedenle bazı akademik çevrelerde adil bir tanınma için “Sonogashira-Tohda-Hagihara Coupling” kullanımı da önerilmektedir.
Sonogashira reaksiyonu, ilk olarak 1975 yılında Chemistry Letters dergisinde “A Convenient Synthesis of Acetylenes: Catalytic Substitutions of Acetylenic Hydrogen with Bromoarenes, Iodoarenes and Bromoalkenes by the Use of a Palladium Catalyst” başlıklı makaleyle duyuruldu. Başlangıçta sadece aril iyodürlerle çalışan bu yöntem, zamanla bromür ve triflatlarla da uyumlu hale getirildi. 1980’lerde ligand mühendisliği sayesinde klorür substratları da dahil edildi. 1990’lardan itibaren, özellikle malzeme bilimi ve ilaç kimyasında alkil-asetilen bağlantılarının önemi arttıkça, Sonogashira reaksiyonu altın standart haline geldi. 2000’li yıllarda “bakırsız Sonogashira” protokolleri geliştirilerek Glaser homokupleşmesi gibi yan reaksiyonlar bastırıldı. 2010 Nobel Kimya Ödülü, bu yöntemin de dahil olduğu “palladyum katalizörlü çapraz eşleşme reaksiyonları” sınıfını onurlandırmıştır.
Sonogashira reaksiyonu, genel olarak aşağıdaki gibi gösterilir:
R¹–X + R²–C≡C–H → R¹–C≡C–R² + HX
Burada R¹, genellikle aril veya vinil; R², hidrojen veya alkil; X, halojen (I, Br, Cl) veya triflat (OTf) olabilir.
Mekanizma, iki katalitik döngünün birleşimine dayanır: Pd(0)/Pd(II) döngüsü ve Cu(I)/Cu(III) döngüsü:
Bakır(I) tuzu (genellikle CuI), terminal alkinin asidik protonunu uzaklaştırarak nükleofilik bakır asetilenür oluşturur. Bu, reaksiyonun düşük sıcaklıkta ve yüksek verimle ilerlemesini sağlar. Bakır kullanılmazsa, reaksiyon "Glaser Coupling" gibi yan reaksiyonlara gidebilir veya çok daha yavaş ilerler.
Sonogashira reaksiyonunun başarısı, aşağıdaki faktörlere bağlıdır:
| Reaktifler | Tipik Ürün | Notlar |
|---|---|---|
| İyodobenzen + Fenilasetilen | Difenilasetilen | Yüksek verim, mükemmel tolerans |
| Vinil bromür + n-Butilasetilen | n-Butil-vinilasetilen | Alkil-asetilen sentezi |
| 2-Kloropiridin + Trimetilsililasetilen | 2-(Trimetilsililasetilenil)piridin | TMS koruyucu grubu, sonradan kaldırılabilir |
| Aril triflat + Terminal alkin | İç alkin | Triflatlar, halojenürlerden daha reaktiftir |
Standart Sonogashira reaksiyonu bakır kofaktörü gerektirir. Ancak, bazı gelişmiş Pd katalizörleri (özellikle yüksek elektron yoğunluğuna sahip fosfin ligandları ile) bakır olmadan da çalışabilir. Bu "Bakırsız Sonogashira" reaksiyonu, bakırın indüklediği yan reaksiyonlardan (Glaser homokupleşmesi) kaçınmak için tercih edilir.
Ar–I + HC≡C–R → Ar–C≡C–R
Katalizör: Pd(PPh₃)₂Cl₂ (2-5 mol%) ve CuI (5-10 mol%)
Esas: Trietilamin (2-3 eşdeğer)
Çözücü: THF
Sıcaklık: 25-60°C
Not: Reaksiyon, inert atmosfer altında (N₂ veya Ar) yapılmalıdır. Terminal alkinler ve katalizörler hava ve neme karşı duyarlı olabilir.
Sonogashira reaksiyonu, modern organik ve malzeme kimyasında çok geniş uygulama alanına sahiptir:
Soru 1: Sonogashira reaksiyonunun en karakteristik özelliği nedir?
Soru 2: Aşağıdakilerden hangisi Sonogashira reaksiyonu için gerekli bir bileşen DEĞİLDİR?
a) Palladyum katalizörü
b) Bakır(I) iyodür
c) Kuvvetli inorganik asit
d) Organik baz (örn. Et₃N)
Soru 3: Sonogashira reaksiyonunda bakır katalizörünün ana görevi nedir?
a) Halojenürün oksidatif katılmasını hızlandırmak
b) Terminal alkinden nükleofilik bakır asetilenür oluşturmak
c) Pd katalizörünü stabilize etmek
d) Yan ürün oluşumunu artırmak
Sonogashira reaksiyonunu anlamak için:
Sonogashira reaksiyonu tipik olarak inert atmosfer (N₂ veya Ar) altında yuvarlak altlı bir balonda gerçekleştirilir. Öncelikle Pd ve Cu katalizörleri çözücüde çözülür. Sonra organik baz ve terminal alkin eklenir. En son olarak, vinil veya aril halojenür damlatılarak reaksiyon başlatılır. Karışım belirlenen sıcaklıkta belirli bir süre karıştırılır. Reaksiyon tamamlandıktan sonra, işlenerek (örneğin, suyla söndürme, ekstraksiyon, kolon kromatografisi) ürün saflaştırılır.