cataCXium^® katalizátorok

Bevezetés

A keresztkapcsolási reakciók a katalitikus átalakulások fontos osztályát képezik, amelyek a polimerek tudományában, valamint a finomkémiai és gyógyszeriparban is alkalmazhatók. Az aril-kloridok használata ezekhez az átalakulásokhoz előnyös alacsony költségük és elérhetőségük miatt. A katalizátorok tervezésében elért óriási előrelépés ellenére azonban az e reakciókhoz szükséges Pd-terhelés
(1-3 mol%) megtiltja az iparnak, hogy kilogrammos méretekben használja őket. Az elmúlt 20 évben folyamatosan törekedtek arra, hogy nagyon alacsony töltéssel rendelkező, nagyon aktív katalizátort szintetizáljanak.

Előnyök

• Atomtakarékos módszer
• Nagy hozam
• Nagy forgalomszám

Reprezentatív alkalmazások  

Suzuki-kapcsolás alacsony katalizátor-töltéssel

/b>  

Beller és munkatársai diadamantilalkil-foszfánokon alapuló, igen terjedelmes ligandumot fejlesztettek ki.^1,2,3 A csoport által szintetizált ligandumok közül a diadamantil-n-butilfoszfán bizonyult a leghatékonyabbnak. 0,005 mol% Pd(OAc)₂ és 0,01 mol% foszfin felhasználásával jó vagy kiváló hozamokat (58-100%) jelentettek (Séma 1). Fontos megjegyezni, hogy az aril-klorid orto-szubsztituenseit tolerálták, és csak az erősen elektrondonor szubsztituensek, mint például a metoxicsoport, vezettek a hozamok csökkenéséhez (60%) (1. táblázat).

Séma 1

1. táblázat

Ar-Cl	Hozam	<TON
	87%	17,400
	68%	13,600
		64%	12,800
	100%	20,000
	99%	19,800

Evonik Beller professzorral és munkatársaival együttműködve a foszfin-ligandumok egy új osztályát, a foszfino-szubsztituált N-aril-pirrolokat fejlesztette ki.⁴ Ezek a biaril ligandumok sztérikusan igényesek és elektronokban gazdagok. Különböző aril-kloridok fenil-boronsavval történő reakciójában alkalmazva, enyhe reakcióhőmérsékleten nagyon magas fordulatszámot mutattak. A különböző aril-kloridok fenil-bórsavval történő keresztkapcsolásához (2. séma) alacsony katalizátorterhelésre (0,05 mol%) volt szükség. Ennek a ligandumnak a felhasználása Pd(OAc)₂ vagy Pd₂(dba)₃-val az elektronban gazdag és elektronhiányos arilkloridok átalakítására kiváló hozamokat eredményezett. A 2. táblázat összefoglalja a különböző aril-kloridok fenilboronsavval reagáltatott hozamát 0,01 mol% Pd₂(dba)₃ -mal 60 °C-on.

Séma 2

2. táblázat

Ar-Cl	Hozam	<TON
	>99%	10,000
	>99%	10,000
	>99%	10,000
	99%	9,900

A foszfino-N-aril-pirrolok sikeres szintézisére építve Beller és munkatársai hasonló ligandumot fejlesztettek ki. Foszfino-N-fenilindol alapú ligandumokat szintetizáltak.⁵ E ligandumok reaktivitásának felmérésére elvégezték a klórbenzol és anilin keresztkapcsolási reakcióját (3. séma). Ez az új rendszer bizonyult a legjobbnak a Beller és munkatársai által kifejlesztett különböző ligandumok közül erre a speciális keresztkapcsolási reakcióra. Pd(OAc)₂ és a tert-butil-foszfin-fenilindol ligandumot NaOtBu bázissal toluolban használva az aminok széles skáláját arilálták kiváló hozammal.

Séma 3

Hivatkozások

1. Zapf A, Ehrentraut A, Beller M. 2000. A new highly efficient catalyst system for the coupling of nonactivated and deactivated aryl chlorides with arylboronic acids. Angewandte Chemie International Edition. 39(22):4153-4155.

2. Köllhofer A, Pullmann T, Plenio H. 2003. A Versatile Catalyst for the Sonogashira Coupling of Aryl Chlorides. Angew. Chem. Int. Ed.. 42(9):1056-1058. https://doi.org/10.1002/anie.200390273

3. Ehrentraut A, Zapf A, Beller M. 2002. Progress in the Palladium‐Catalyzed α‐Arylation of Ketones with Chloroarenes. Advanced Synthesis & Catalysis. 344(2):209-217.

4. Zapf A, Jackstell R, Rataboul F, Riermeier T, Monsees A, Fuhrmann C, Shaikh N, Dingerdissen U, Beller M. 2004. Practical synthesis of new and highly efficient ligands for the Suzuki reaction of aryl chlorides. Chem. Commun..(1):38. https://doi.org/10.1039/b311268n

5. Rataboul F, Zapf A, Jackstell R, Harkal S, Riermeier T, Monsees A, Dingerdissen U, Beller M. 2004. New Ligands for a General Palladium-Catalyzed Amination of Aryl and Heteroaryl Chlorides. Chem. Eur. J.. 10(12):2983-2990. https://doi.org/10.1002/chem.200306026

Keresztkapcsolási reakciók

A foszfor ligandumok új osztályát fejlesztették ki Plenio és munkatársai a fluorenilfoszfinok architektúráján alapulva.¹ Ezen új ligandumok hatékonyságának tesztelésére a tudóscsoport több gyakori keresztkapcsolási reakciót hajtott végre: Suzuki, Sonogashira és Buchwald-Hartwig aminálás (1. ábra). A ligandum nagyon aktívnak bizonyult különböző aril-kloridok 4-metilfenil-bórsavval történő Suzuki-kapcsolásánál 0,05-0,5 mol% palládium töltet mellett. Az elektrondonor szubsztituens, mint például az OMe, nem befolyásolta a hozamokat, és a konverzió >99% volt. A Sonogashira-átalakítást különböző aril-kloridokkal végeztük fenilacetilénhez kapcsolva. A katalizátor 1 mol%-os betöltésével 44% és 94% közötti hozamot jelentettek. Végül a Buchwald-Hartwig-aminálás eredményei nagyon ígéretesek voltak, több reakció esetében már 0,1 mol% katalizátorbetöltéssel is mennyiségi konverziót jelentettek.

1. ábra.

Hivatkozások

1. Fleckenstein C, Plenio H. 2007. 9-Fluorenylphosphines for the Pd-Catalyzed Sonogashira, Suzuki, and Buchwald?Hartwig Coupling Reactions in Organic Solvents and Water. Chem. Eur. J.. 13(9):2701-2716. https://doi.org/10.1002/chem.200601142

Heck katalízis

Hermann és munkatársai a palládium katalizátorok egy új osztályát fejlesztették ki, az úgynevezett pallada-ciklusokat.¹ Ezek a komplexek hőstabilak 100 °C-ig, és nagyon hatékonyak a Heck-katalízisben TON > 10 000. Tietze és munkatársai e katalizátor aktivitását a cephalostatin származékának szintézisére használták, egy olyan szteroidra, amely a rákos sejtek ellen mutatott hatékonyságot.² A kettős kapcsolási reakciót 80%-os összhozammal hajtották végre.

Hivatkozások

1. Herrmann WA, Brossmer C, Öfele K, Reisinger C, Priermeier T, Beller M, Fischer H. 1995. Palladacycles as Structurally Defined Catalysts for the Heck Olefination of Chloro- and Bromoarenes. Angew. Chem. Int. Ed. Engl.. 34(17):1844-1848. https://doi.org/10.1002/anie.199518441

2. Tietze L, Krahnert W. 2002. Stereoselective synthesis of structurally simplified cephalostatin analogues by multiple Heck reactions and their biological evaluation. Chemistry–A European Journal. 8(9):2116-2125.