Buchwald G6 prekatalizátorok: Oxidatív addíciós komplexek

A hatékony L-Pd(0)-aktív fajok hatékony előállítása kritikus fontosságú a hatékony és robusztus keresztkapcsolási reakciók kifejlesztéséhez.¹ Ezért a prekatalizátorok, amelyekben a fémcentrumhoz előzetesen ligandumot társítanak, jellemzően nagyobb aktivitást, rövidebb reakcióidőt és alacsonyabb katalizátor-terhelést biztosítanak, mint egy hasonló katalizátorrendszer, amelyhez a ligandumnak a fémcentrumhoz való in-situ koordinációja szükséges.

Buchwald és munkatársai N,C-kelátáló ligandumokkal rendelkező Pd(II)-palladaiciklusokon alapuló Pd(0)-prekatalizátorok családját fejlesztették ki (Ábra 1). A prekatalizátorok e családja öt generációból áll (G1-től G5-ig), amelyeket a N,C-kelátképző ligandum és/vagy az X anion szerkezeti változatai különböztetnek meg. Bár az aktiválási mód minden prekatalizátor-generáció esetében ugyanaz: a nitrogén deprotonálása reduktív eliminációhoz és L-Pd(0) keletkezéséhez vezet; minden generációnak egyedi előnyei és hátrányai vannak, amelyeket a korábban közzétett technológiai spotlightokban ismertetünk.^2,3

1. ábra. A Buchwald prekatalizátorok általános szerkezetei G1-G5 (L = ligandum)

A Buchwald G6 prekatalizátorok oxidatív addíciós komplexek (OAC-k), amelyek ugyanazokkal az előnyökkel rendelkeznek, mint a Buchwald prekatalizátorok korábbi generációi: L-Pd(0) mennyiségi előállítása,  hőstabilitás, légstabilitás, nedvességstabilitás, könnyű kezelhetőség és nagy hatékonyság (2. ábra).⁴ Továbbá a G6 Buchwald prekatalizátorok számos összehasonlító előnyt mutatnak a Buchwald prekatalizátorok korábbi generációival szemben.

A Buchwald G6 prekatalizátorok megkülönböztetett előnyei

• A katalizátor aktiválásához nincs szükség bázisra és ártalmatlan melléktermékeket termel.
• Az OAC prekatalizátorok "on-cycle" köztitermékek, amelyek jellemzően magasabb reaktivitással és szelektivitással rendelkeznek.
• A prekatalizátor szintézise egyetlen lépésben, szobahőmérsékleten történik.
• Változatos és hangolható prekatalizátor tervezés:
  • A három ligandumtípus (X, L és Ar) mindegyike egymástól függetlenül hangolható, így szinte végtelen számú prekatalizátor-variáció hozható létre
  • A X, L és Ar tervezésével vagy kiválasztásával jobb oldhatóság, nagyobb stabilitás, nagyobb reaktivitás és/vagy könnyebb tisztítás érhető el X, L és Ar
  • Vaskos ligandumok (pl.g., tBuBrettPhos, AdBrettPhos és AlPhos) könnyen befogadhatók a G6 prekatalizátorokkal

2. ábra. A Buchwald G6 prekatalizátorok általános szerkezete és katalógus példái

Reprezentatív kapcsolási alkalmazások és reakciókör

A Buchwald G6 prekatalizátorokat és más OAC-okat hatékony katalizátorként alkalmazták a C-C, C-N, C-O, C-F és C-S kötések kialakítására.^4-9 A különböző katalizátorrendszerek és prekatalizátorok szűrési és összehasonlító vizsgálatai jellemzően azt mutatják, hogy az OAC prekatalizátorok jobb reaktivitással, szelektivitással, reakciókörrel és/vagy hozammal rendelkeznek.

1. táblázat. A Buchwald G6 és más OAC prekatalizátorok táblázata.

Precatalyst Reference ID	Név	Szerkezet
P1	(AlPhos)Pd(p-CF3C6H4)(Br)
P2	(AlPhos)Pd(p-CF3C6H4)(OTf)
P3	(tBuBrettPhos)Pd(p-TMSCH2CH2CO22C6<HH4)(Br)
P4		(AdBrettPhos)Pd(p-CH3C6H4)(OTf)
P5		(AlPhos)Pd(p-CH3C6H4)(OTf)
P6	(tBuXPhos)Pd(< p-CH3C6H4)(Cl)
P7	(tBuBrettPhos)Pd(p-CH3C6H4)(Cl)
P8		(AlPhos)Pd(p-CH3C6H4)(Cl)
P9	(GPhos)Pd(< p-TMSCH2CH2CO2C6H<4)(Br)
P10		(Ad3P)Pd(p-FC6H4)(Br)
P11	(t<BuXPhos)Pd(p-TMSCH2CH2CO22C6HH4)(Br)
P12	(tBuBrettPhos)Pd(p-CF3C6H4)(Br)
P13		(AdBrettPhos)Pd(p-CF3C6H4)(Br)
P14		(AdCyBrettPhos)Pd(p-CF3C6H4)(Br)

Aril-bromidok fluorozása⁴

Aril-triflatok fluorozása⁴

Aminosavészter-arilezés⁴

Alkohol és hidroxid kapcsolása⁴

Az anilin⁵Buchwald-Hartwig-aminálása⁵

Buchwald-Hartwig-amináció⁶

Buchwald-Hartwig-amináció⁷

Suzuki-Miyaura-kuplung⁸

Hetero(aril)brómidok⁹

Alifás tiolkapcsolása⁹

Hivatkozások

1. Shaughnessy KH. 2019. Development of Palladium Precatalysts that Efficiently Generate LPd(0) Active Species. Isr. J. Chem.. 60(3-4):180-194. https://doi.org/10.1002/ijch.201900067

2. 2011. Technology Spotlight: 2nd Generation Buchwald Precatalysts. [Internet]. Available from: http://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/technical-article/chemistry-and-synthesis/cross-coupling/2nd-generation-buchwald-precatalysts

3. 2015. Technology Spotlight: G3 and G4 Buchwald Precatalyst. [Internet]. Available from: https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/technical-article/chemistry-and-synthesis/cross-coupling/g3-and-g4-buchwald-precatalysts

4. Ingoglia BT, Buchwald SL. 2017. Oxidative Addition Complexes as Precatalysts for Cross-Coupling Reactions Requiring Extremely Bulky Biarylphosphine Ligands. Org. Lett.. 19(11):2853-2856. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.7b01082

5. Dennis JM, White NA, Liu RY, Buchwald SL. 2018. Breaking the Base Barrier: An Electron-Deficient Palladium Catalyst Enables the Use of a Common Soluble Base in C-N Coupling. J. Am. Chem. Soc.. 140(13):4721-4725. https://doi.org/10.1021/jacs.8b01696

6. Baumgartner LM, Dennis JM, White NA, Buchwald SL, Jensen KF. 2019. Use of a Droplet Platform To Optimize Pd-Catalyzed C-N Coupling Reactions Promoted by Organic Bases. Org. Process Res. Dev.. 23(8):1594-1601. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00236

7. McCann SD, Reichert EC, Arrechea PL, Buchwald SL. 2020. Development of an Aryl Amination Catalyst with Broad Scope Guided by Consideration of Catalyst Stability. J. Am. Chem. Soc.. 142(35):15027-15037. https://doi.org/10.1021/jacs.0c06139

8. Chen L, Francis H, Carrow BP. 2018. An "On-Cycle" Precatalyst Enables Room-Temperature Polyfluoroarylation Using Sensitive Boronic Acids. ACS Catal.. 8(4):2989-2994. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b00341

9. Xu J, Liu RY, Yeung CS, Buchwald SL. 2019. Monophosphine Ligands Promote Pd-Catalyzed C-S Cross-Coupling Reactions at Room Temperature with Soluble Bases. ACS Catal.. 9(7):6461-6466. https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01913