Katalizatory cataCXium^®

Wprowadzenie

Reakcje sprzęgania krzyżowego są ważną klasą przemian katalitycznych mających zastosowanie w nauce o polimerach, a także w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym. Wykorzystanie chlorków arylowych do tych transformacji jest preferowane ze względu na ich niski koszt i dostępność. Jednakże, pomimo ogromnego postępu dokonanego w projektowaniu katalizatorów, obciążenie Pd dla tych reakcji
(1-3 mol%) uniemożliwia przemysłowi stosowanie ich w skali kilogramowej. Dążenie do syntezy bardzo aktywnego katalizatora o bardzo niskim obciążeniu trwa od 20 lat.

Zalety

• Ekonomiczna metoda atomowa
• Wysokie wydajności
• Wysokie liczby obrotowe

Representative Applications  

Suzuki Coupling with Low Loading of Catalyst<

Beller i współpracownicy opracowali bardzo nieporęczny ligand oparty na diadamantylalkilofosfanach.^1,2,3 Wśród najbardziej aktywnych ligandów zsyntetyzowanych przez tę grupę, diadamantylo-n-butylofosfan okazał się najbardziej wydajny. Stosując 0,005 mol% Pd(OAc)₂ i 0,01 mol% fosfiny, odnotowano dobre do doskonałych wydajności (58-100%) (Schemat 1). Należy zauważyć, że podstawniki orto na chlorku arylowym są tolerowane i że tylko silnie donorowe podstawniki, takie jak grupa metoksylowa, prowadziły do spadku wydajności (60%) (Tabela 1).

Schemat 1

Tabela 1

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

Evonik, we współpracy z profesorem Bellerem i współpracownikami, opracował nową klasę ligandów fosfinowych, podstawionych fosfinowo N-arylowych piroli.⁴ Te biarylowe ligandy są sterycznie wymagające i bogate w elektrony. Po zastosowaniu do reakcji różnych chlorków arylowych z kwasem fenyloboronowym, wykazały one bardzo wysokie liczby obrotowe w łagodnych temperaturach reakcji. Niskie obciążenie katalizatora (0,05 mol%) było potrzebne do krzyżowego sprzęgania różnych chlorków arylowych z kwasem fenyloboronowym (Schemat 2). Wykorzystanie tego ligandu z Pd(OAc)₂ lub Pd₂(dba)₃, do konwersji bogatych i ubogich w elektrony chlorków arylowych, dało doskonałe wydajności. Tabela 2 podsumowuje wydajność dla różnych chlorków arylowych poddanych reakcji z kwasem fenyloboronowym przy użyciu 0,01 mol% Pd₂(dba)₃ w temperaturze 60 °C.

.

Schemat 2

Tabela 2

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

Bazując na sukcesie syntezy fosfino-N-arylopiroli, Beller i współpracownicy opracowali podobny ligand. Zsyntetyzowali ligandy oparte na fosfino-N-fenyloindolu.⁵ Aby ocenić reaktywność tych ligandów, przeprowadzili reakcję krzyżowego sprzęgania chlorobenzenu z aniliną (Schemat 3). Ten nowy system okazał się najlepszy spośród różnych ligandów opracowanych przez Beller i współpracowników dla tej specyficznej reakcji krzyżowego sprzęgania. Stosując Pd(OAc)₂ i tert-butylofosfinowy ligand fenyloindolowy z NaOtBu jako zasadą w toluenie, szeroką gamę amin arylowano z doskonałą wydajnością.

Schemat 3

Referencje

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

Reakcje sprzęgania krzyżowego

Nowa klasa ligandów fosforowych została opracowana przez Plenio i współpracowników w oparciu o architekturę fluorenylofosfin.¹ Aby przetestować moc tych nowych ligandów, zespół naukowców przeprowadził kilka typowych reakcji sprzęgania krzyżowego: Suzuki, Sonogashira i aminowanie Buchwalda-Hartwiga (Rysunek 1). Ligand okazał się bardzo aktywny w sprzęganiu Suzuki różnych chlorków arylowych z kwasem 4-metylofenyloboronowym przy obciążeniu od 0,05 do 0,5 mol% palladu. Podstawnik donorowy, taki jak OMe, nie wpływał na wydajność z 99% konwersją. Transformacja Sonogashira została przeprowadzona z różnymi chlorkami arylowymi sprzężonymi z fenyloacetylenem. Przy obciążeniu katalizatora 1 mol% odnotowano wydajności od 44% do 94%. Wreszcie, wyniki aminowania Buchwalda-Hartwiga były bardzo obiecujące, z ilościową konwersją zgłoszoną dla kilku reakcji przy obciążeniu katalizatora tak niskim jak 0,1 mol%.

Rysunek 1.

Referencje

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

Kataliza Hecka

Hermann i współpracownicy opracowali nową klasę katalizatorów palladowych o nazwie palladacycles.¹ Kompleksy te są stabilne termicznie do 100 °C i są bardzo silne w katalizie Hecka z TON > 10,000. Tietze i in. wykorzystali aktywność tego katalizatora do syntezy pochodnej cefalostatyny, steroidu, który wykazał silne działanie przeciwko komórkom nowotworowym.² Reakcję podwójnego sprzęgania przeprowadzono z ogólną wydajnością 80%.

Referencje

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.