Dichloor {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) is een makkelijk toegankelijk, goedkoop, en de lucht stabiel, maar zeer actieve Heck katalysator met een uitstekende functionele groep tolerantie die efficiënt werkt onder milde reactieomstandigheden de koppeling producten geven zeer hoge opbrengsten.
Dichloor-bis (aminofosfine) complexen van palladium met de algemene formule van [(P {(NC 5 H 10) 3 – n (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (waarbij n = 0-2 ), behoren tot een nieuwe familie van gemakkelijk toegankelijke, zeer goedkoop en stabiel aan de lucht, maar zeer actief en universeel toepasbare CC kruiskoppelingsreactie katalysatoren met een uitstekende functionele groep tolerantie. Dichloor {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 10 H 5) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1), het minst stabiel complex binnen deze reeks richting protonen, bijvoorbeeld in de vorm van water, kan een vergemakkelijkte vorming van het nanodeeltje en dus bleek de meest actieve Heck katalysator op deze serie bij 100 ° C en is een zeer zeldzaam voorbeeld van een effectieve en veelzijdige katalysatorsysteem dat efficiënt werkt onder milde reactieomstandigheden. Snelle en volledige catalyst degradatie onder opwerken omstandigheden in fosfonaten, piperidinium zouten en andere, palladium bevatten afbraakproducten zorgen voor een eenvoudige scheiding van de koppeling producten van katalysator en liganden. De gemakkelijke, goedkope en snelle synthese van 1,1 ', 1 "- (phosphinetriyl) tripiperidine en 1 respectievelijk het eenvoudig en gemakkelijk in gebruik en zijn uitstekende katalytische prestaties in de Heck-reactie bij 100 ° C 1 tot een van de meest aantrekkelijke en groenste Heck katalysatoren beschikbaar.
Wij geven hier de gevisualiseerde protocollen voor de ligand en katalysator syntheses en de reactie protocol voor Heck reacties uitgevoerd op 10 mmol schaal bij 100 ° C en laten zien dat deze katalysator is geschikt voor het gebruik in organische synthesen.
Palladium gekatalyseerde CC cross-koppeling reacties, die zijn erkend door de toekenning van de Nobelprijs voor de chemie in december 2010, tegenwoordig behoren tot een onmisbaar hulpmiddel voor de doelgerichte synthese van complexe organische moleculen in alle onderzoeksgebieden en industriële segmenten. De Mizoroki-Heck-reactie bijvoorbeeld, kan de koppeling van alkenen met aryl halogeniden bij aanwezigheid van een base en is tegenwoordig de meest populaire werkwijze voor de bereiding van vinylbenzenes (figuur 1). De Heck-reactie is aangetoond brede nut vinden in zowel de totale synthese van natuurproducten in academische en synthese in de farmaceutische en agrochemische industrie 1-10.
Figuur 1. Algemeen Heck kruiskoppelingsreactie tussen een arylbromide en een alkeen. Klik hier voor grotere afbeelding.
Taxol, een mitotische remmer gebruikt bij kanker chemotherapie, Singulair, een astmadrug en herbicide prosulfuron en cycloteen, een monomeer voor hoge prestaties elektronische harsen zijn voorbeelden die met succes bereid met een Heck-Mizoroki kruiskoppeling stap syntheses (Figuur 2) 11-14.
Figuur 2. Voorbeelden van industrieel relevante organische verbindingen met een door palladium gekatalyseerde Heck kruiskoppelingsreactie als belangrijke stap in de synthese.ghres.jpg "TARGET =" _blank "> Klik hier voor grotere afbeelding.
Hoewel recente ontwikkelingen aanzienlijk de activiteit van Heck toegenomen katalysatoren 15-29, een typische reactie protocol met arylbromiden als substraten moet nog hoge reactietemperaturen (140 ° C), katalysatorbeladingen in het gebied van 1 mol% en reactietijden tot tot 24 uur. Bovendien worden gemodificeerd reactieomstandigheden, zoals de reactietemperatuur, katalysatorbeladingen, basen, oplosmiddelen en toevoegsels, zoals vaak gemeld, wat impliceert dat deze protocollen zelden vinden hun toepassing in organische synthesen gebrek aan algemeenheid. Bovendien hebben de meeste katalysatoren vereisen meerdere reactiestappen voor hun synthese en dus tijdrovend en lage opbrengst. Bovendien worden dikwijls inerte atmosfeer technieken en dure uitgangsmaterialen slechte stabiliteit vaak gebruikt voor hun bereiding. Dit verwijst naar de noodzaak van nieuwe en verbeterde, goedkoop en makkelijk toegankelijk, stafel en groen, maar reactief en algemene toepassing Heck katalysatoren met een hoge functionele groep tolerantie die efficiënt en betrouwbaar werkt bij lage katalysatorbeladingen met algemene toepasselijke reactie protocollen.
Dichloor-bis (aminofosfine) complexen van palladium werden onlangs geïntroduceerd als gemakkelijk toegankelijk, goedkoop en stabiel aan de lucht, maar zeer actieve CC kruiskoppelingsreactie katalysatoren met uitstekende functionele groep tolerantie 30-34, waarvan dichloor {bis [1,1 ', 1' '- (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 10 H 5) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) bleek een zeer efficiënte, betrouwbare en veelzijdige Heck katalysator die doeltreffend werkt bij 100 ° C worden . 35 1 werd kwantitatief bereid binnen enkele minuten met de behandeling van THF suspensies van [Pd (Cl) 2 (COD)] (cod = cycloocta-1 ,5-dieen) met 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl ) tripiperidine onder lucht atmosfeer bij 25 °C. 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine, het respectieve ligand systeem is in een stap bereikt door de druppelsgewijze toevoeging van een overmaat piperidine ter diethylether oplossingen PCl3 afgekoeld. Het substraat kosten voor de bereiding van 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine 1 g palladium precursor minder dan 1 € (bepaald catalogusprijzen van chemicaliënleverancier) en dus zeer goedkoop.
Figuur 3. Synthese van dichloor {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1). Klik hier voor grotere afbeelding .
Bovendien, ondanks de siMPLE en goedkope synthese van 1 en uitstekende katalytische prestaties, de toevoeging van waterig chloorwaterstofzuur (opwerking omstandigheden), leiden tot een snelle en volledige afbraak katalysator, vergezeld van de vorming van fosfonaat, piperidinium zout en onoplosbare palladium bevattende afbraak producten, die gemakkelijk worden gescheiden van de koppelingsproducten. Dit is een vaak genegeerd, maar zeer belangrijke kwestie te worden beschouwd (vanuit ecologisch en economisch oogpunt) en is van bijzonder belang voor de bereiding van farmaceutisch relevante verbindingen.
Dichloor {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium (1) is een zeer goedkoop en gemakkelijk toegankelijk, stabiel aan de lucht en zeer actieve Heck katalysator met een uitstekende functionele groep tolerantie die efficiënt opereert onder milde reactie voorwaarden voor de koppeling produkten netjes geven zeer hoge opbrengsten. De uitstekende katalytische activiteit (en algemene toepasbaarheid) van 1 komt door de unieke eigenschappen van aminophosphines: terwijl de sterische omvang als de σ-donor sterkte van aminophosphines wezen dezelfde vergelijking met hun fosfine gebaseerde analogen vergelijkbare hoeveelheden activiteit werden gevonden voor de complexen van het type [(P {(NC 5 H 10) 3 – n (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (waarbij n = 0-3; Figuur 3) in cross-coupling 'reacties waar moleculaire mechanismen werkzaam zijn. Anderzijds, de labielekarakter van PN bindingen in aminophosphines (gevoeligheid voor protonen, in de vorm van water bijvoorbeeld) biedt de mogelijkheid om effectief beheersen van de vorming van palladium nanodeeltjes: steeds PN bindingen in de liganden achtereenvolgens vergemakkelijkt in water ontleding veroorzaakt en daarmee de vorming van nanodeeltjes van de betreffende complexen. Dienovereenkomstig, aangezien palladium nanodeeltjes het katalytisch actieve vorm 1 in de Heck-reactie 35, zoals aangegeven door sigmoïdale-vormige kinetiek 36, 37 of de efficiënte remming van katalyse na toevoeging van een grote overmaat van metallisch kwik reactiemengsels aryl bromide, olefine en katalysator, bijvoorbeeld 38, en de detectie door analyse van reactiemengsels voorbeeldige Heck cross-coupling reacties van een transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) met een energie dispersieve röntgen (EDX) analysator 35, vervanging van 1 , 1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine van 1,1 '- (cyclohexylphosphinediyl) dipiperidine), 1 – (dicyclohexylphosphinyl) piperidine) of tricyclohexylfosfine, dat de complexe stabiliteit en dus achtereenvolgens toeneemt, vertraagt het (water-geïnduceerde) vorming van nanodeeltjes daarvan. Bijgevolg terwijl dichloor-bis (1 – (dicyclohexylphosphinyl) piperidine) palladium, is de katalysator van keuze in de Heck-reactie uitgevoerd bij 140 ° C, werd de hoogste katalytische activiteit verkregen dichloor {bis [1,1 ', 1 '' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 10 H 5) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) bij 100 ° C, de minst stabiele complex binnen deze reeks.
Figuur 5. Het effect van ligand samenstelling van dichloor {bis (aminofosfine)} palladium met de algemene formule van [(P {(NC 5 H 10) 3 – n (C 6H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (waarin n = 0-2) op het complex stabiliteit en dus van het gemak van (water-geïnduceerde) vorming van het nanodeeltje en dus hun katalytische prestaties onder milde reactie-omstandigheden in de Heck kruiskoppelingsreactie. Klik hier voor grotere afbeelding.
Hoewel de hierboven beschreven syntheses en de Heck-reactie protocollen ongecompliceerd, sommige gemeenschappelijke procedures probleemoplossing: (a) ervoor zorgen dat de tetrabutylammoniumbromide pas wordt gekocht of juiste wijze zijn opgeslagen (tetrabutylammoniumbromide is hygroscopisch), (b) ervoor zorgen dat droge oplosmiddelen gebruikt voor het ligand synthese wanneer kleine hoeveelheden ligand werden bereid, (c) ervoor zorgen dat 1 isofwel vers bereid of onder een inerte atmosfeer opgeslagen, (d) ervoor zorgen dat de NMP of DMF pas worden gekocht, (e) ervoor zorgen dat de chemische stoffen zijn ofwel nieuw aangeschafte of juiste wijze zijn opgeslagen, (f) ovendroog al het glaswerk en koele onder vacuüm.
The authors have nothing to disclose.
Financiële steun van de Zürich University of Applied Sciences, evenals de Zwitserse National Science Foundation (SNSF) wordt erkend.
Phosphorous trichloride | Sigma-Aldrich | 157791 | ReagentPlus, 99% |
Piperidine | Sigma-Aldrich | 104094 | ReagentPlus, 99% |
Dichloro(1,5-cyclooctadiene)palladium(II) | Sigma-Aldrich | 275891 | 99% |
Styrene | Sigma-Aldrich | S4972 | ReagentPlus, contains 4-tert-butylcatechol as stabilizer, ≥99% |
1-Bromo-4-phenoxybenzene | Sigma-Aldrich | B65209 | 99% |
Tetrabutylammonium bromide | Acros Organics | 185680025 | 99+% |
Potassium carbonate | Sigma-Aldrich | 347825 | Reagent grade, ≥98%, powder, -325 mesh |
Silica gel | Merck | 107734 | Silica gel 60 (0.063-0.2mm), for column chromatoraphy |
Diethyl ether | Sigma-Aldrich | 673811 | Anhydrous, ACS reagent, ≥99.0%, contains BHT as inhibitor |
Tetrahydrofuran (THF) | Sigma-Aldrich | 186562 | anhydrous, contains 250 ppm BHT as inhibitor, ≥99.9% |
Pentane | Sigma-Aldrich | 158941 | reagent grade, 98% |
N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) | Sigma-Aldrich | M79603 | ReagentPlus, 99% |