Złoty katalizator

Wprowadzenie

Hashmi, Toste, Echavarren i Haruta, między innymi, napędzili rozwój złota w czołówce katalizy metali przejściowych.^1,2 Ligowane fosfiną kompleksy złota(I) stały się potężnymi katalizatorami tworzącymi wiązania C-C, C-N i C-O ze względu na łatwość, z jaką mogą aktywować wiązania C=C i C=C, umożliwiając w ten sposób unikalne przegrupowania lub reakcje z różnymi nukleofilami. Kataliza złotem zapewnia doskonałą metodę konstruowania złożonych architektur chemicznych w łagodny sposób, który byłby trudny do osiągnięcia przy użyciu innych paradygmatów reakcji. Jak zilustrowano poniżej, aktywne katalizatory są zwykle przygotowywane przez dodanie aktywatora srebra do prekatalizatora halogenku złota, chociaż istnieją przykłady izolowalnych katalizatorów złota.

Z dumą oferujemy skarbnicę złotych prekatalizatorów i soli srebra, a także obszerne portfolio nienasyconych bloków budulcowych, aby przyspieszyć sukces badań w tej ekscytującej dziedzinie.

Zalety

• Katalizatory łatwo aktywują alkeny, alkiny i alkeny w niezliczonych transformacjach
• Promują procesy regio-, diastereo- i enancjoselektywne
• Katalizatory są zazwyczaj stabilne w powietrzu i wodzie, a reakcje mogą być przeprowadzane w "otwartej kolbie"
• Wyjątkowa tolerancja grup funkcyjnych
• Wyłączność rynkowa dla wybranych złotych katalizatorów

Reprezentatywne zastosowania

Przegrupowanie octanów allilowych

Marion i wsp. opisali katalizowaną izomeryzację octanów allilowych. Wykorzystując kompleks złota z ligandem N-heterocyklicznego karbinu, naukowcy zgłosili pierwsze katalizowane złotem przegrupowanie allilowe. Aby zilustrować wszechstronność katalizatora, kilka octanów allilu zostało przegrupowanych z doskonałą wydajnością.

Rysunek 1. Przegrupowanie octanów allilowych

Izomeryzacja alenylowych estrów karbinolu

Buzas i wsp. opisali syntezę serii 1,3-butadien-2-oli z różnych alenów przy użyciu kompleksu złota jako katalizatora. Butadienowe bloki budulcowe są interesujące dla reakcji Dielsa-Aldera, [4+1] cykloaddycji i asymetrycznego uwodornienia. Katalizatorem wykorzystanym w tej reakcji jest kompleks złota z XPhos jako ligandem. Przy niskim obciążeniu wynoszącym 1 mol%, autorzy byli w stanie zsyntetyzować różne butadieny z wydajnością do 100%.

Rysunek 2. Izomeryzacja estrów allenylokarbinolu

Wewnątrzcząsteczkowe [4+2] cykloaddycje aryloalkinów lub 1,3-etenów z alkenami

Echavarren i współpracownicy opisali syntezę pochodnych piknantuchinonów A, katalizowaną przez [4+2] cykloaddycję dienynów. Wykorzystując stabilny krystaliczny kompleks złota oparty na ligandzie Buchwalda, naukowcy byli w stanie zsyntetyzować rodzinę pochodnych z dobrymi wydajnościami.

Rysunek 3. Cykloaddycje aryloalkinów

Cyklopropanowanie

Grupa Toste wykazała, że olefiny ulegają stereoselektywnemu cyklopropanowaniu (cis) z estrami propargylowymi w obecności generowanego in situ Ph<₃PAuSbF₆ i jest tym samym uzupełnieniem selektywności trans obserwowanej w katalizowanym metalami przejściowymi cyklopropanowaniu olefin przy użyciu α-diazooctanów.

Rysunek 4. Cyklopropanowanie

Izomeryzacja 1,6-enynów

Echavarren i inni badali różne katalizowane złotem cyklizacje 1,6-enynów z lub bez obecności nukleofili. Aktywne są różne katalizatory złota(I), w tym Ph₃PAuCH₃, Ph₃PAuSbF₆ oraz kompleksy Au[P(t-Bu)₂(o-bifenylo)]SbF₆ . Reakcje mogą tolerować heteroatomy zlokalizowane pomiędzy cząsteczkami olefiny i alkinu.

Izomeryzacja 1,5-enynów

Pod katalizą złota(I), 1,5-eneny o różnych wzorach podstawienia rearanżują się dając bicyklo[3.1.0]-hekseny z wysoką wydajnością i w sposób stereokontrolowany. W przypadku optycznie czynnych substratów reakcja może zachodzić z wydajnym przeniesieniem chiralności. Układ katalityczny wykorzystuje Ph₃PAuCl w połączeniu z AgBF₄, AgPF₆ lub AgSbF₆ aktywatorami.

Izomeryzacja 1,4-enynów (przegrupowanie Rautenstraucha)

Przegrupowanie Rautenstraucha 1,4-enynów zapewnia szybką drogę do zróżnicowanego portfolio funkcjonalizowanych cyklopentanonów. Chiralne piwalany 1-etynylo-2-propenylowe skutecznie rearanżują enancjoselektywnie w łagodnych warunkach. Można użyć Ph₃PAuSbF₆ lub Ph₃PAuOTf (oba generowane in situ), w zależności od tożsamości substratów.

Cyclization of ε-Acetylenic Carbonyls (Conia-Ene Reaction)

Niekatalizowana reakcja Conia-ene zapewnia dostęp do metylenocyklopentanów bez potrzeby deprotonowania, jednak wymagane wysokie temperatury często skutkują zmniejszoną wydajnością. Toste i współpracownicy opisali łagodną katalityczną wersję tej reakcji, która przebiega w neutralnych warunkach w temperaturze otoczenia.

Rysunek 5. Reakcja Conia-ene

5-Endo-dig karbocyklizacje

Podczas gdy katalizowana złotem(I) cykloizomeryzacja Conia-enu jest ograniczona do terminalnych γ-alkinów, powiązana reakcja 5-endo-dig pozwala na cyklizację do niekońcowych δ-alkinów, zapewniając dostęp do pochodnych cyklopentenu. Ta syntetyczna metodologia może być stosowana do otrzymywania prostych bicyklicznych cząsteczek, jak również w syntezie heterocykli (poniżej) i halogenowanych cyklopentenów poprzez prekursory halogenków alkilowych.

Rysunek 6. Endo dig karbocyklizacje

Propargyl Claisen Rearrangement

Złoty katalizator [(Ph₃PAu)₃O]BF₄ zapewnia dostęp do różnych alkoholi homoalkenowych poprzez szybką dwuetapową sekwencję przegrupowania Claisena eteru propargylowo-winylowego, a następnie redukcję funkcjonalności aldehydu. Reakcje są generalnie wysokowydajne, a solidny system katalizatora wykazuje również doskonałą zdolność do przekazywania chiralności rezydentnej do produktów allenowych.

Rysunek 7. Przegrupowanie propargilowo-claisenowskie

Stereoselektywna synteza dihydropiranów

Wykorzystując katalizę złotem(I), 2-podstawione dihydropirany są łatwo otrzymywane z propargilowych eterów winylowych w sposób stereokontrolowany.

Rysunek 8. Stereoselektywna synteza dihydropiranów

Hydroaminacja alkenów i alkinów

Widenhoefer i He zbadali szereg katalizowanych złotem reakcji hydroaminacji alkenów i alkinów, przy czym badano zarówno warianty wewnątrz-, jak i międzycząsteczkowe. Stosując katalizatory Au(I) lub Au(III), można łatwo uzyskać aminy, pirolidyny, iminy i indole.

Rysunek 9. Hydroaminowanie alkenów i alkinów

Hydrofunkcjonalizacja allenów nukleofilami C, N i O

Winylowane tetrahydrofurany, tetrahydropirany, pirolidyny i piperydyny można łatwo otrzymać z odpowiednich alenów funkcjonalizowanych heteroatomem przy użyciu Au[P(t-Bu)₂(o-bifenyl)]Cl i jednego z kilku aktywatorów srebrowych. Alternatywnie, indole na uwięzi allenowej mogą być wykorzystane do przygotowania pochodnych karbazolu.

Rysunek 10. Hydrofunkcjonalizacja allenów

Stereoselektywna synteza funkcjonalizowanych dihydrofuranów

Gagosz i współpracownicy przygotowali szereg 2,5-dihydrofuranów poprzez tworzenie półproduktu allenowego, a następnie cykloizomeryzację. Szybkie reakcje zachodzą w obecności Ph₃PAuNTf₂ i obserwuje się całkowite przeniesienie chiralności.

Rysunek 11. Stereoselektywna synteza funkcjonalizowanych dihydrofuranów

Ring Expansions of Alkynylcycloalkanols

1-Alkynylcycloalkanole szybko ulegają rearanżacji do odpowiednich 2-alkilidenocykloalkanonów w obecności kilku złotych katalizatorów. Wysokowydajne reakcje zapewniają pojedynczy izomer olefiny, gdy stosowane są wewnętrzne alkiny.

Rysunek 12. Rozszerzanie pierścieni alkilocykloalkanoli

Acetylenowa reakcja Schmidta

W obecności złotego katalizatora, pirole o różnych wzorach podstawienia mogą być otrzymywane w wewnątrzcząsteczkowej acetylenowej reakcji Schmidta azydków homopropargilowych.

Rysunek 13. Acetylenowa reakcja Schmidta

Referencje

1. Shapiro ND, Toste FD. 2007. Rearrangement of Alkynyl Sulfoxides Catalyzed by Gold(I) Complexes. J. Am. Chem. Soc.. 129(14):4160-4161. https://doi.org/10.1021/ja070789e

2. Jiménez-Núñez E, Echavarren AM. Molecular diversity through gold catalysis with alkynes. Chem. Commun..(4):333-346. https://doi.org/10.1039/b612008c

3. Jiménez-Núñez E, Claverie CK, Nieto-Oberhuber C, Echavarren AM. 2006. Prins Cyclizations in Au-Catalyzed Reactions of Enynes. Angew. Chem. Int. Ed.. 45(33):5452-5455. https://doi.org/10.1002/anie.200601575

4. Haruta M. 2005. Gold rush. Nature. 437(7062):1098-1099. https://doi.org/10.1038/4371098a

5. Luzung MR, Markham JP, Toste FD. 2004. Catalaytic Isomerization of 1,5-Enynes to Bicyclo[3.1.0]hexenes. J. Am. Chem. Soc.. 126(35):10858-10859. https://doi.org/10.1021/ja046248w

6. Stephen A, Hashmi K. 2004. Homogeneous catalysis by gold. Gold Bull. 37(1-2):51-65. https://doi.org/10.1007/bf03215517

7. Hashmi ASK, Hutchings GJ. 2006. Gold Catalysis. Angew. Chem. Int. Ed.. 45(47):7896-7936. https://doi.org/10.1002/anie.200602454

8. Widenhoefer RA, Han X. 2006. Gold-Catalyzed Hydroamination of C?C Multiple Bonds. Eur. J. Org. Chem.. 2006(20):4555-4563. https://doi.org/10.1002/ejoc.200600399

9. Zhang L, Sun J, Kozmin S. 2006. Gold and Platinum Catalysis of Enyne Cycloisomerization. Adv. Synth. Catal.. 348(16-17):2271-2296. https://doi.org/10.1002/adsc.200600368

10. Hashmi ASK. 2005. The Catalysis Gold Rush: New Claims. Angew. Chem. Int. Ed.. 44(43):6990-6993. https://doi.org/10.1002/anie.200502735

11. Hashmi ASK. 2007. Gold-Catalyzed Organic Reactions. Chem. Rev.. 107(7):3180-3211. https://doi.org/10.1021/cr000436x