Abstract
The review is focused on premises, features and scope of the reactions leading to the direct functionalization of the C—H bond in arenes by the action of nucleophiles. Practical importance and a contribution of synthetic approaches with minimal steps, the so called PASE- (pot-, atom-, and step-economic) processes, to green chemistry are also discussed.
Similar content being viewed by others
References
R. Noyori, Chem. Commun., 2005, 14, 1807.
I. Arends, R. Sheldon, U. Hanefeld, Green Chemistry and Catalysis, Wiley-VCH, Weinheim, 2007.
Handbook of C—H Transformations: Applications in Organic Synthesis, Ed. G. Dyker, Wiley-VCN, Weinheim, 2005.
K. Murakami, S. Yamada, T. Kaneda, K. Itami, Chem. Rev., 2017, 117, 9302.
O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, H. C. van der Plas, Nucleophilic Aromatic Substitution of Hydrogen, San Diego, Academic Press, 1994, 368 pp.
V. N. Charushin, O. N. Chupakhin, PureAppl. Chem., 2004, 76, 1621.
V. N. Charushin, O. N. Chupakhin, Mendeleev Commun., 2007, 17, 249.
O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Tetrahedron Lett., 2016, 57, 2665.
Metal Free C—H Functionalization of Aromatics in Top. Heterocycl. Chem., Vol. 37, Eds. V. N. Charushin, O. N. Chupakhin, Springer, Heidelberg—New York—Dordrecht— London, 2014, 283 pp.
O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Pure Appl. Chem., 2017, 89, 1195.
M. Mąkosza, K. Wojciechowskii, Chem. Rev., 2004, 104, 2631.
M. Mąkosza, Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 2855.
M. Mąkosza, Synthesis, 2011, 2341.
M. Mąkosza, K. Wojciechowski, Top. Heterocycl. Chem., 2014, 37, 51–105.
M. B. Smith, J. March, March’s Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanism and Structure, 6th ed., John Wiley and Sons Inc., Hoboken, 2007.
D. J. C. Constable, P. J. Dunn, J. D. Hayler, G. R. Humphrey, J. L. Leazer, Jr., R. J. Linderman, K. Lorenz, J. Manley, B. A. Pearlman, A. Wells, A. Zaks, T. Y. Zhang, Green Chem., 2007, 9, 411.
S. G. Koenig, D. K. Leahy, A. S. Wells, Org. Process Res. Dev., 2018, 22, 1344.
Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions, 2nd ed., Eds A. De Meijere, F. Diederich, Wiley-VCN, Weinheim, 2004.
O. N. Chupakhin, I. Ya. Postovskii, Russ. Chem. Rev., 1976, 45, 454.
R. Morrison, R. Boyd, Organic Chemistry, 2nd ed., Allyn and Backon, Inc., Boston, 1970.
A. E. Chichibabin, O. A. Zeide, Zh. Ros. Fiz.-Khim. O-va [Journal of the Russian Physicochemical Society], 1914, 46, 1216 (in Russian).
J. C. W. Evans, C. F. H. Allen, Org. Synth., 1938, 18, 70.
F. Terrier, Nucleophilic Aromatic Displacement: the Influence of the Nitro Group (Organic Nitro Chemistry), VCN Publishers, New York, 1991.
O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, H. C. van der Plas, Tetrahedron, 1988, 44, 1.
A. I. Matern, V. N. Charushin, O. N. Chupakhin, Russ. Chem. Rev., 2007, 76, 23.
A. V. Shchepochkin, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, V. A. Petrosyan, Russ. Chem. Rev., 2013, 82, 747.
I. S. Kovalev, D. S. Kopchuk, G. V. Zyryanov, V. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Russ. Chem. Rev., 2015, 84, 1191.
E. V. Verbitskiy, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Synthesis, 2018, 50, 193.
G. R. Clark, L. A. Ferguson, A. E. McIntosh, T. Söhnel, L. J. Wright, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 13443.
G. A. Shamov, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 4316.
L. A. Galliamova, M. V. Varaksin, O. N. Chupakhin, P. A. Slepukhin, V. N. Charushin, Organometallics, 2015, 34, 5285.
H. M. L. Davis, D. Morton, Angew. Chem., Int. Ed., 2014, 53, 10256.
H. Hachiya, K. Hirano, T. Satoh, M. Miura, Angew. Chem., Int. Ed., 2010, 49, 2202.
L.-B. Zhang, X.-Q. Hao, S.-K. Zhang, Z.-J. Liu, X.-X. Zheng, J.-F. Gong, J.-L. Niu, M.-P. Song, Angew. Chem., Int. Ed., 2015, 54, 272.
Y. Yang, S. L. Buchwald, Angew. Chem., Int. Ed., 2014, 53, 8677.
S. Asako, J. Norinder, L. Ilies, N. Yoshikai, E. Nakamura, Adv. Synth. Catal., 2014, 356, 1481.
D. R. Stuart, K. Fagnou, Science, 2007, 316, 1172.
B. Liu, Y. Huang, J. Lan, F. Song, J. You, Chem. Sci., 2013, 4, 2163.
O. I. Patriciu, C. Pillard, A. L. Finaru, I. Sandulescu, G. Guillaumet, Synthesis, 2007, 11, 3868.
A. Armstrong, J. C. Collins, Angew. Chem., Int. Ed., 2010, 49, 2282.
S. H. Cho, J. Y. Kim, S. Y. Lee, S. Chang, Angew. Chem., Int. Ed., 2009, 48, 9127.
I. A. Utepova, O. N. Chupakhin, P. O. Serebrennikova, A. A. Musikhina, V. N. Charushin, J. Org. Chem., 2014, 79, 8659.
K. Blaziak, W. Danikiewicz, M. Mąkosza, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 7276.
H. C. van der Plas, V. N. Charushin, A. Veldhuizen, J. Org. Chem., 1983, 48, 1354.
A. V. Gulevskaya, O. N. Burov, A. F. Pozharskii, M. E. Kletskii, I. N. Korbukova, Tetrahedron, 2008, 64, 696.
A. V. Gulevskaya, A. F. Pozharskii, Adv. Heterocycl. Chem., 2007, 93, 57.
M. A. Bastrakov, A. M. Starosotnikov, V. V. Kachala, I. V. Glukhov, S. A. Shevelev, Russ. Chem. Bull., 2009, 58, 426.
I. V. Borovlev, O. P. Demidov, N. A. Saigakova, J. Heterocycl. Chem., 2011, 48, 1206.
I. V. Borovlev, O. P. Demidov, G. A. Amangasieva, E. K. Avakyan, Tetrahedron Lett., 2016, 57, 3608.
G. A. Amangasieva, I. V. Borovlev, O. P. Demidov, E. K. Avakyan, A. A. Borovleva, Russ. J. Org. Chem., 2018, 54, 867.
I. V. Borovlev, O. P. Demidov, G. A. Amangasieva, E. K. Avakyan, A. A. Borovleva, D. A. Pobedinskaya, Synthesis, 2018, 50, 3520.
J. K. Bashkin, R. Rains, M. Stern, Green Chem., 1999, 1, No. 2, G41.
R. D. Triplet, R. K. Rains, US Pat. 7504539 B2.
I. A. Utepova, M. A. Trestsova, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, A. A. Rempel, Green Chem., 2015, 17, 4401.
I. A. Utepova, M. A. Trestsova, D. A. Kucheryavaya, A. N. Tsmokalyuk, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, A. A. Rempel, J. Photochem. Photobiol., A, 2019, 368, 85.
I. Gallardo, G. Guirado, J. Marquet, J. Org. Chem., 2002, 67, 2548.
I. Gallardo, G. Guirado, J. Marquet, J. Org. Chem., 2003, 68, 7334.
V. A. Petrosyan, Mendeleev Commun., 2011, 21, 115.
V. A. Kokorekin, V. L. Sigacheva, V. A. Petrosyan, Tetrahedron Lett., 2014, 55, 4306.
V. A. Kokorekin, R. R. Yaubasarova, S. V. Neverov, V. A. Petrosyan, Mendeleev Commun., 2016, 26, 413.
V. A. Kokorekin, Ya. A. Solomatin, M. L. Gening, V. A. Petrosyan, Mendeleev Commun., 2016, 26, 540.
O. N. Chupakhin, A. V. Shchepochkin, V. N. Charushin, Green Chem., 2017, 19, 2931.
A. Wiebe, S. Lips, R. Franke, S. R. Waldvogel, Angew. Chem., Int. Ed., 2017, 56, 14727.
A. Wiebe, T. Gieshoff, S. Moele, E. Rodrigo, M. Zirbes, S. R. Waldvogel, Angew. Chem., Int. Ed., 2018, 57, 5594.
E. B. Gorbunov, G. L. Rusinov, E. N. Ulomsky, V. L. Rusinov, V. N. Charushin, O. N. Chupakhin, Tetrahedron Lett., 2016, 57, 2303.
R. A. Irgashev, A. A. Karmatsky, G. L. Rusinov, V. N. Charushin, Tetrahedron Lett., 2014, 55, 3603.
I. A. Khalymbadzha, O. N. Chupakhin, R. F. Fatykhov, V. N. Charushin, V. G. Kartsev, Synlett, 2016, 27, 2606.
M. V. Varaksin, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin. K. A. Khlamkin, I. A. Utepova, Russ. Chem. Bull., 2015, 64, 1093.
A. A. Musikhina, I. A. Utepova, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, P. A. Slepukhin, J. Organomet. Chem., 2018, 870, 32.
M. V. Varaksin, T. D. Moseev, V. N. Charushin, O. N. Chupakhin, J. Organomet. Chem., 2018, 867, 278.
N. A. Kazin, Yu. A. Kvashnin, R. A. Irgashev, W. Dehaen, G. L. Rusinov, V. N. Charushin, Tetrahedron Lett., 2015, 56, 1865.
N. A. Rasputin, N. S. Demina, R. A. Irgashev, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Tetrahedron, 2017, 73, 5500.
E. V. Verbitskiy, E. M. Cheprakova, P. A. Slepukhin, M. I. Kodess, M. A. Ezhikova, M. G. Pervova, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Tetrahedron, 2012, 68, 5445.
E. V. Verbitskiy, G. L. Rusinov, V. N. Charushin, O. N. Chupakhin, E. M. Cheprakova, P. A. Slepukhin, M. G. Pervova, M. A. Ezhikova, M. I. Kodess, Eur. J. Org. Chem., 2012, 33, 6612.
E. V. Verbitskiy, E. M. Cheprakova, E. F. Zhilina, M. I. Kodess, M. A. Ezhikova, M. G. Pervova, P. A. Slepukhin, J. O. Subbotina, A. V. Schepochkin, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Tetrahedron, 2013, 69, 5164.
E. V. Verbitskiy, E. M. Dinastiya, A. A. Baranova, O. S. El’tsov, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Chem. Heterocycl. Compd., 2017, 53, 1156.
E. V. Verbitskiy, P. A. Slepukhin, M. S. Valova, E. M. Cheprakova, A. V. Schepochkin, G. L. Rusinov, V. N. Charushin, Eur. J. Org. Chem., 2014, 8133.
M. A. Kravchenko, E. V. Verbitskiy, I. D. Medvinskiy, G. L. Rusinov, V. N. Charushin, Bioorg. Med. Chem. Lett., 2014, 24, 3118.
E. V. Verbitskiy, E. M. Cheprakova, P. A. Slepukhin, M. A. Kravchenko, S. N. Skornyakov, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Eur. J. Med. Chem., 2015, 97, 225.
E. V. Verbitskiy, S. A. Baskakova, M. A. Kravchenko, S. N. Skornyakov, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Bioorg. Med. Chem., 2016, 24, 3771.
E. V. Verbitskiy, S. A. Baskakova, N. A. Gerasimova, N. P. Evstigneeva, N. V. Zil’berberg, N. V. Kungurov, M. A. Kravchenko, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Mendeleev Commun., 2018, 28, 393.
E. V. Verbitskiy, E. M. Cheprakova, N. I. Makarova, I. V. Dorogan, A. V. Metelitsa, V. I. Minkin, P. A. Slepukhin, T. S. Svalova, A. V. Ivanova, A. N. Kozitsina, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Eur. J. Org. Chem., 2016, 1420.
E. B. Gorbunov, G. L. Rusinov, E. N. Ulomskii, O. S. El’tsov, V. L. Rusinov, V. G. Kartsev, V. N. Charushin, I. A. Khalymbadzha, O. N. Chupakhin, Chem. Nat. Compd., 2016, 52, 708.
E. V. Verbitskiy, E. M. Cheprakova, Yu. O. Subbotina, A. V. Schepochkin, P. A. Slepukhin, G. L. Rusinov, V. N. Charushin, O. N. Chupakhin, N. I. Makarova, A. V. Metelitsa, V. I. Minkin, Dyes Pigm., 2014, 100, 201.
E. V. Verbitskiy, A. V. Schepochkin, N. I. Makarova, I. V. Dorogan, A. V. Metelitsa, V. I. Minkin, S. A. Kozyukhin, V. V. Emets, V. A. Grinberg, O. N. Chupakhin, G. L. Rusinov, V. N. Charushin, J. Fluoresc., 2015, 25, 763.
E. M. Cheprakova, E. V. Verbitskiy, M. A. Kiskin, G. G. Aleksandrov, P. A. Slepukhin, A. A. Sidorov, D. V. Starichenko, Yu. N. Shvachko, I. L. Eremenko, G. L. Rusinov, V. N. Charushin, Polyhedron, 2015, 100, 89.
E. V. Verbittskiy, A. A. Baranova, K. I. Lugovik, M. Z. Shafikov, K. A. Khokhlov, E. M. Cheprakova, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Anal. Bional. Chem., 2016, 408, 4093.
E. V. Verbittskiy, E. B. Gorbunov, A. A. Baranova, K. I. Lugovik, K. A. Khokhlov, E. M. Cheprakova, G. A. Kim, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Tetrahedron, 2016, 72, 4954.
E. V. Verbitskiy, A. A. Baranova, K. I. Lugovik, K. O. Khokhlov, E. M. Cheprakova, M. Z. Shafikov, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Dyes Pigm., 2017, 137, 360.
E. V. Verbitskiy, A. A. Baranova, K. O. Khokhlov, Yu. A. Yakovleva, R. D. Chuvashov, G. A. Kim, E. V. Moiseykin, E. M. Dinastiya, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, Chem. Heterocycl. Compd., 2018, 54, 604.
E. V. Verbitskiy, E. M. Dinastiya, A. A. Baranova, K. O. Khokhlov, R. D. Chuvashov, Y. A. Yakovleva, N. I. Makarova, E. V. Vetrova, A. V. Metelitsa, P. A. Slepukhin, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, DyesPigm., 2018, 159, 35.
N. Sharma, J. Jung, K. Ohkubo, Y.-M. Lee, M. E. El-Khouly, W. Nam, S. Fukuzumi, J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 8405.
M. Yan, Yu. Kawamata, P. S. Baran, Chem. Rev., 2017, 117, 13230.
O. N. Chupakhin, V. N. Charushin, A. V. Shchepochkin, Pat. RF 2625449, Bull. Izobtret. [Invention Bull.], 2017, No. 20 (in Russian).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Additional information
Dedicated to Academician of the Russian Academy of Sciences M. P. Egorov on the occasion of his 65th birthday.
Based on the materials of the V All-Russian Organic Chemistry Conference (ROCC-V) (September 10–14, 2018, Vladikavkaz, Russia).
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Charushin, V.N., Chupakhin, O.N. Nucleophilic C—H functionalization of arenes: a contribution to green chemistry. Russ Chem Bull 68, 453–471 (2019). https://doi.org/10.1007/s11172-019-2441-3
Received:
Revised:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11172-019-2441-3