Mizoroki-Хека Реакции кросс-сочетания, катализируемой дихлор {бис [1,1 ', 1'' - (phosphinetriyl) tripiperidine]} палладия в мягких условиях реакции
Summary
Дихлор-бис {[1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} палладий [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) легко доступны, дешевы, и воздух стабильным, но очень активный катализатор Heck с превосходной функциональной группы допуска, который эффективно работает в мягких условиях реакции, чтобы дать муфты продукты с очень высокими выходами.
Abstract
Дихлор-бис (aminophosphine) комплексов палладия с общей формулой [(Р {(NC 5 H 10) 3 – N (C 6 H 11) п}) 2 Pd (Cl) 2] (где п = 0-2 ), принадлежат к новому семейству легко доступны, очень дешево, и устойчив на воздухе, но очень активная и универсально применимой CC кросс-сочетания катализаторы с отличным функциональным толерантности группы. Дихлор-бис {[1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} палладий [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1), наименее стабильный комплекс в этой серии к протоны; например, в виде воды, позволяет облегчить формирование наночастиц и, следовательно, оказался самым активным Черт катализатора в этой серии при 100 ° С и является очень редким примером эффективного и универсального каталитической системы, которая эффективно работает под мягким Условия реакции. Быстрое и полное сдеградация atalyst под Обработка условий в фосфонаты, пиперидин солей и других, палладий-содержащих продуктов разложения гарантировать легкий разделение соединительных изделий из катализатора и лигандов. Легкий, дешевый и быстрый синтез 1,1 ', 1 "- (phosphinetriyl) tripiperidine и 1 соответственно, простой и удобный использование, а также его превосходное каталитические свойства в реакции Хека при 100 ° С сделать 1 к одному из наиболее привлекательными и зеленых катализаторы Хека доступны.
Мы предлагаем здесь для лиганда и катализатора синтеза, а также протокола реакции для реакции Хека, выполненных в масштабе 10 ммоль при 100 ° С и показывают, что этот катализатор пригоден для его использования в органическом синтезе визуализированные протоколов.
Introduction
Палладиевого катализатора, CC Реакции кросс-сочетания, которые были признаны присуждения Нобелевской премии по химии в декабре 2010 года, в настоящее время относятся к незаменимым инструментом для целевой ориентированных синтеза сложных органических молекул во всех областях исследований и промышленных сегментов. Реакционную Mizoroki-Heck например, позволяет муфту олефинов с арилгалогенидами в присутствии основания и в настоящее время является наиболее популярным методом для приготовления vinylbenzenes (рис. 1). Реакции Хека была продемонстрирована найти широкое применение в оба, общий синтез натуральных продуктов в академических и синтеза в фармацевтической и агрохимической промышленности 1-10.
Рисунок 1. Общая черта реакции кросс-сочетания между арилбромида и олефина. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Таксол, митотический ингибитор использовать в химиотерапии рака, Singulair, препарат астма и гербицид просульфурон а также Cyclotene, мономер для высокопроизводительных электронных смол являются примерами, которые были успешно подготовлены в том числе кросс-сочетания шаге Heck-Mizoroki в их синтезе (рис. 2) 11-14.
Рисунок 2. Примеры промышленно соответствующих органических соединений с участием палладиевого катализируемой Хека реакции кросс-сочетания, как ключевой шаг в их синтезе.ghres.jpg "TARGET =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Даже если последние разработки значительно увеличились активности катализаторов Heck 15-29, типичный протокол реакции с арилбромидов как субстраты еще требует высоких реакционных температур (140 ° C) катализатор нагрузки в диапазоне от 1 моль% и времени реакции до до 24 часов. Кроме того, модифицированные условия реакции, в том числе температуры реакции, катализатора нагрузок, баз, растворителей, и добавок, например часто сообщают, подразумевая, что эти протоколы будут редко находят свое применение в органическом синтезе из-за отсутствия общности. Кроме того, большинство катализаторов требуют нескольких реакционных стадий их синтеза и, следовательно, требуют больших затрат времени и с низким выходом. Кроме того, методы инертного атмосфера и дорогие исходные материалы низкой стабильности часто используются для их получения. Это относится к необходимости новой и улучшенной, дешевой и легко доступном, сстол и зеленые, но реактивные и общие применимые катализаторы Хека с высокой функциональной толерантности группы, что эффективно и надежно работает при низких нагрузках катализатора с общим действующим протоколам реакции.
Дихлор-бис (aminophosphine) Комплексы палладия недавно были введены как легкодоступные, дешевые и воздушных стабильным, но весьма активных CC кросс-сочетания катализаторов с превосходной функциональной толерантности группы 30-34, из которых дихлор-бис [{1,1 ', 1' '- (phosphinetriyl) tripiperidine]} палладия [(Р (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) оказалась весьма эффективной, надежной, и универсальный Черт катализатором, который эффективно работает при 100 ° С 35. 1 количественно подготовлен в течение всего лишь нескольких минут обработкой ТГФ суспензий [Pd (Cl) 2 (треска)] (треска = циклоокта-1 ,5-диена) с 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl ) tripiperidine в атмосфере воздуха при 25 °С 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine, соответствующий лиганд система была достигнута в одну стадию путем добавления по каплям избытка пиперидина в охлажденного диэтилового эфира решения PCl 3. Затраты подложки для подготовки 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine на 1 г палладия предшественника меньше 1 € (по оценкам из каталога цен на химическом поставщиком) и, следовательно,, очень дешево.
Рисунок 3. Синтез дихлор {бис [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} палладия [(Р (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1). Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .
Более того, несмотря на сиmple и дешево Синтез 1 и ее превосходную каталитическую производительность, добавление водной хлористоводородной кислотой (Обработка условий), привести к быстрому и полной деградации катализатора, сопровождается образованием фосфоната, пиперидиния соли и нерастворимого палладий-содержащих разложения продукты, которые легко отделены от соединительных изделий. Это часто игнорируется, но очень важный вопрос, который необходимо рассматривать (от экологических и экономической точек зрения) и имеет особое значение для получения фармацевтически соответствующих соединений.
Protocol
Representative Results
Discussion
Дихлор-бис {[1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} палладий (1) является очень дешевым и легко доступным, воздух стабильной и высокой активностью катализатором Heck с превосходной функциональной группы допуска, который эффективно действует при умеренной реакции условия, чтобы дать муфты продукты чисто с очень высокими выходами. Отличная каталитическая активность (и общая применимость) 1 связано с уникальными свойствами aminophosphines: в то время как стерическое масса, а также прочность σ-донором aminophosphines по существу то же самое, когда по сравнению с их фосфина на основе аналогов, сопоставимых уровнях Деятельность были найдены для комплексов типа [(P {(NC 5 H 10) 3 – н (C 6 H 11) п}) 2 Pd (Cl) 2] (где п = 0-3; рис. 3) в реакциях кросс-сочетания, где молекулярные механизмы являются действенными. С другой стороны, лабильныйхарактер PN облигаций в aminophosphines (чувствительности к протонов, в виде водного например) дает возможность эффективно контролировать формирование наночастиц палладия: все большее число PN облигаций в лигандов последовательно облегчает их воды, вызванной деградацией и, следовательно, образование наночастиц от соответствующих комплексов. Соответственно, так как наночастицы палладий каталитически активной формой 1 в Хека реакции 35, как обозначено сигмоидальных-образный кинетики 36, 37 или эффективное ингибирование катализа после добавления большого избытка металлической ртути в реакционных смесей из арилбромида, олефин и катализатор, например 38, а также их обнаружения путем анализа реакционных смесей примерных Хека реакциях кросс-сочетания с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), снабженный энергетической дисперсии рентгеновских лучей (EDX) analysator 35, замену 1 , 1 ', 1'' – (phosphinetriил) tripiperidine на 1,1 '- (cyclohexylphosphinediyl) дипиперидин), 1 – (dicyclohexylphosphinyl) пиперидин) или трициклогексилфосфин, который последовательно увеличивает стабильность сложную и, следовательно, замедляет (вода-индуцированного) образование наночастиц их. Как следствие, в то время как дихлор-бис-(1 – (dicyclohexylphosphinyl) пиперидин) палладий, является катализатором выбора в реакции Хека, выполняемой при 140 ° C, самая высокая каталитическая активность была получена дихлор-бис {[1,1 ', 1 '' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} палладия [(Р (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) при 100 ° С, наименее стабильного комплекса в этой серии.
Рисунок 5. Эффект лиганда состава дихлор {бис (aminophosphine)} PALladium с общей формулой [(Р {(NC 5 H 10) 3 – N (C 6 H 11) п}) 2 Pd (Cl) 2] (где N = 0-2) на комплексной устойчивости и, следовательно, от легкости формирования наночастиц (вода-индуцированного) и, следовательно, их каталитической активности в мягких Условия реакции в Хека реакции кросс-сочетания. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Даже несмотря на то, описанные выше, синтез, а также протоколы Хека реакции являются прямо вперед, некоторые из общих процедур по устранению неполадок являются: (а) убедиться, что бромид тетрабутиламмония недавно купили или надлежащего хранения (тетрабутиламмонийбромид гигроскопичен), (б) убедиться, что сухие растворители используют для синтеза лиганда, когда небольшие количества лиганда были получены, (в) убедиться, что 1либо свежеприготовленные или храниться в инертной атмосфере, (г) убедитесь, что НМП или ДМФ недавно купил, (е) убедиться, что химические вещества, либо вновь приобретенных или их надлежащего хранения, (е) абсолютно сухой все посуда и прохладно под вакуумом.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Финансовая поддержка Цюрихского университета прикладных наук, а также Швейцарского национального научного фонда (SNSF) обязательна.
Materials
| 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% |
References
- Heck, R. F., Katritzky, A. R., Meth-Cohn, O., Rees, C. W. . Palladium Reagents in Organic Syntheses. Volume 2. , (1985).
- Heck, R. F., Trost, B. M., Fleming, I. Chapter 4.3, Vinyl Substitution with Organopalladium Intermediates. Comprehensive Organic Synthesis. 4, 833 (1991).
- Malleron, J. -. L., Fiaud, J. -. C., Legros, J. -. Y. . Handbook of Palladium-Catalysed Organic Reactions. , (1997).
- Reetz, M. T., Davies, S. G., Murahashi, S. I. . Transition Metal Catalysed Reactions. , (1999).
- Link, J. T., Overman, L. E., Diederich, F., Stang, P. J. Chapter 6. Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions. , (1998).
- Bräse, S., de Meijere, A., Diederich, F., Stang, P. J. Chapter 3.6. Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions. , (1998).
- Nicolaou, K. C., Sorensen, E. J. Chapter 31. Classics in Total Synthesis. , (1996).
- de Vries, R. A., Vosejpka, P. C., Ash, M. L., Herkes, F. E., Dekker, M. Chapter 37. Catalysis of Organic Reactions. , (1998).
- Tietze, L. F., Kettschau, G., Heuschert, U., Nordmann, G. Highly Efficient Synthesis of Linear Pyrrole Oligomers by Twofold Heck Reactions. Chem. Eur. J. 7, 368-373 (2001).
- Brase, S., Negishi, E., et al. Chapters IV.1, IV2.1, IV.2.2, and IV.2.3. Handbook of Organopalladium Chemistry for Organic Synthesis. , 1123-1315 (2002).
- Danishefsky, S. J., et al. Total Synthesis of Baccatin III and Taxol. J. Am. Chem. Soc. 118, 2843-2859 (1996).
- Higgs, G. . Chem Ind. 827, (1997).
- Baumeister, P., Blaser, H. U., Baiker, A., Prins, R., et al. . Heterogeneous catalysis and fine chemicals. , (1997).
- Schrock, A. K. Polyorganosiloxane-bridged bisbenzocyclobutene monomers. US patent. , (1989).
- Amatore, C., Carre, E., Jutand, A. Evidence for the Ligation of Palladium(0) Complexes by Acetate Ions: Consequences on the Mechanism of Their Oxidative Addition with Phenyl Iodide and PhPd(OAc)(PPh3)2 as Intermediate in the Heck Reaction. Organometallics. 14, 5605-5614 (1995).
- Fauvarque, J. F., Pflüger, F., Troupel, M. Kinetics of oxidative addition of zerovalent palladium to aromatic iodides. J. Organomet. Chem. 208, 419-427 (1981).
- de Vries, G. J. A unifying mechanism for all high-temperature Heck reactions. The role of palladium colloids and anionic species. Dalton Trans. , 421-429 (2006).
- Ohff, M., Ohff, A., van der Boom, A. M. E., Milstein, D. Highly Active Pd(II) PCP-Type Catalysts for the Heck Reaction. J. Am. Chem. Soc. 119, 11687-11688 (1997).
- Morales-Morales, D., Redon, R., Yung, C., Jensen, C. M. High yield olefination of a wide scope of aryl chlorides catalyzed by the phosphinito palladium PCP pincer complex: PdCl{C6H3(OPPri2)2-2,6}]. . Chem. Commun. , 1619-1620 (2000).
- Peris, E., Loch, J. A., Mata, J., Crabtree, R. H. A Pd complex of a tridentate pincer CNC bis-carbene ligand as a robust homogenous Heck catalyst. Chem. Commun. , 201-202 (2001).
- Herrmann, W. A., Böhm, V. P. W., Gstöttmayr, C. W. K., Grosche, M., Reisinger, C. -. P., Weskamp, T. Synthesis, structure and catalytic application of palladium(II) complexes bearing N-heterocyclic carbenes and phosphines. J. Organomet. Chem. , 617-628 (2001).
- Benito-Garagorri, D., Bocokic, V., Mereiter, K., Kirchner, K. A Modular Approach to Achiral and Chiral Nickel(II), Palladium(II), and Platinum(II) PCP Pincer Complexes Based on Diaminobenzenes. Organometallics. 25, 3817-3823 (2006).
- Miyazaki, F., Yamaguchi, K., Shibasaki, M. The synthesis of a new palladacycle catalyst. Development of a high performance catalyst for Heck reactions. Tetrahedron Lett. 40, 7379-7383 (1999).
- Eberhard, M. R. Insights into the Heck Reaction with PCP Pincer Palladium(II) Complexes. Org. Lett. , 2125-2128 (2004).
- Bolliger, J. L., Blacque, O., Frech, C. M. Short, facile, and high-yielding synthesis of extremely efficient pincer-type Suzuki catalysts bearing aminophosphine substituents. Angew. Chem. Int. Ed. 46, 6514-6517 (2007).
- Bolliger, J. L., Frech, C. M. Rationally designed pincer-type Heck catalysts bearing aminophosphine substituents: PdIV intermediates and palladium nanoparticles. Chem. Eur. J. 14, 7969-7977 (2008).
- . For a computational study about the thermal accessibility of PdII/PdIV cycles in the Heck reaction, catalyzed by pincer-type catalysts, see Blacque, O., Frech, C. M. Pincer-type Heck Catalysts and Mechanisms Based on PdIV Intermediates – A Computational Study. Chem. Eur. J. 16, 1521-1531 (2010).
- Vicente, J., Arcas, A., Julia-Hernandez, F., Bautista, D. For the synthesis and separation of the first pincer-type PdIV complex, see. Chem. Commun. 46, 7253-7255 (2010).
- Bolliger, J. L., Frech, C. M. Dichloro-Bis(aminophosphine) Complexes of Palladium – Highly Convenient, Reliable and Extremely Active Suzuki Catalysts with outstanding functional group tolerance. Chem. Eur. J. 16, 4075-4081 (2010).
- Bolliger, J. L., Frech, C. M. Dichloro{bis[1-(dicyclohexylphosphanyl)piperidine]}palladium – A Highly Effective and Extremely Versatile Palladium-based Negishi Catalyst, that Efficiently and Reliably Operates at Low Catalyst Loadings. Chem. Eur. J. 16, 11072-11081 (2010).
- Gerber, R., Oberholzer, M., Frech, C. M. Cyanation of aryl bromides with K4[Fe(CN)6] catalyzed by dichloro{bis[1-(dicyclohexyl-phosphanyl)-piperidine]}palladium – a molecular source of nanoparticles. Reactions involved in catalyst deactivation processes. Chem. Eur. J. 18, 2978-2986 (2012).
- Bolliger, J. L., Oberholzer, M., Frech, C. M. Access to 2-aminopyridines – compounds of great biological and chemical significance. Adv. Synth. Catal. 353, 945-954 (2011).
- Oberholzer, M., Gerber, R., Frech, C. M. Mizoroki-Heck reactions catalyzed by dichloro{bis[1-(dicyclohexylphosphanyl)piperidine]}palladium. Palladium nanoparticle formation promoted by (water induced) ligand degradation. Adv. Synth. Catal. 354, 627-641 (2012).
- Oberholzer, M., Frech, C. M. Mizoroki-Heck Reactions Catalyzed by Palladium Dichloro-bis(aminophosphine) Complexes Under Mild Reaction Conditions. The Importance of Ligand Composition on the Catalytic Activity. Green Chem. 15, 1678-1686 (2013).
- Watzky, M. A., Finke, R. G. Transition Metal Nanocluster Formation Kinetic and Mechanistic Studies. A New Mechanism When Hydrogen Is the Reductant: Slow, Continuous Nucleation and Fast Autocatalytic Surface Growth. J. Am. Chem. Soc. 119, 10382-10400 (1997).
- Widegren, J. A., Bennett, M. A., Finke, R. G. Is It Homogeneous or Heterogeneous Catalysis? Identification of Bulk Ruthenium Metal as the True Catalyst in Benzene Hydrogenations Starting with the Monometallic Precursor, Ru(II)(η6-C6Me6)(OAc)2, Plus Kinetic Characterization of the Heterogeneous Nucleation, Then Autocatalytic Surface-Growth Mechanism of Metal Film Formation. 125, 10301-10310 (2003).
- Widegren, J. A., Finke, R. G. A review of the problem of distinguishing true homogeneous catalysis from soluble or other metal-particle heterogeneous catalysis under reducing conditions. J. Mol. Catal. A. 198, 317-341 (2003).
