TPGS-750-M: Amfifil drugiej generacji

Sprzęganie krzyżowe w wodzie

Prowadzenie katalizowanej metalami przejściowymi chemii sprzęgania krzyżowego w wodzie zamiast w rozpuszczalniku organicznym ma wiele potencjalnych korzyści pod względem kosztów, wpływu na środowisko, bezpieczeństwa i profili zanieczyszczeń. Coraz większy nacisk na "ekologiczność" procesów chemicznych przyczynił się do dalszego rozwoju w tej dziedzinie. Rzeczywiste sposoby przeprowadzania reakcji w wodzie, zwłaszcza w temperaturze pokojowej i w przypadku nierozpuszczalnych w wodzie substratów organicznych, nie zawsze były jednak jasne. Jednym z rozwiązań, które zostało zastosowane w szerokim zakresie procesów katalizowanych metalami przejściowymi, jest użycie niewielkich ilości amfifilu tworzącego nanomicelle w wodzie, który zapewnia lipofilowe środowisko, w którym mogą zachodzić reakcje sprzęgania krzyżowego.^1,2

Kataliza micelarna

Od 2008 roku grupa badawcza profesora Bruce'a Lipshutza  opublikowała serię artykułów demonstrujących wykonalność chemii katalizowanej metalami przejściowymi w wodzie w temperaturze pokojowej. Wykorzystując różne dostępne na rynku środki powierzchniowo czynne, stwierdzono, że szereg procesów katalizowanych palladem i rutenem nadaje się do łagodnych reakcji w wodzie w temperaturze pokojowej. Produkty mogą być odzyskiwane z fazy wodnej przy użyciu standardowych procedur ekstrakcji i z wysoką wydajnością.^2,3

Amfifil drugiej generacji:TPGS-750-M

Lipshutz i współpracownicy opracowali niedawno technologię drugiej generacji do swojego oryginalnego PTS-enabling surfactant opartego na pochodnej polioksyetanylo-α-bursztynianu tokoferylu, TPGS-750-M. Ten designerski środek powierzchniowo czynny składa się z lipofilowej cząsteczki α-tokoferolu i hydrofilowego łańcucha PEG-750-M, połączonych niedrogim łącznikiem kwasu bursztynowego. Po rozpuszczeniu w wodzie amfifil spontanicznie tworzy micele. Równowaga i skład lipofilowych i hydrofilowych składników TPGS-750-M zostały dostosowane tak, aby promować szerszy zakres chemii w wodzie bardziej efektywnie niż w przypadku PTS. Co więcej, ten nowy, bardziej praktyczny środek powierzchniowo czynny można łatwo zastąpić starszymi amfifilami, zwykle z równą lub większą wydajnością zarówno pod względem wydajności, jak i czasu reakcji.^1,2

Metateza olefin

Zastosowując katalizator Grubbsa drugiej generacji (2% mol), różnorodne lipofilowe substraty z powodzeniem poddano metatezie z zamknięciem pierścienia lub metatezie krzyżowej w wodzie w temperaturze pokojowej, uzyskując wysokie izolowane wydajności pożądanych produktów. Reakcje przeprowadzono w 2,5% TPGS-750-M/woda z wydajnością równą lub nieco lepszą niż te przeprowadzone przy użyciu różnych innych kombinacji surfaktant-woda.¹

Reakcje sprzęgania krzyżowego katalizowane palladem

Różne szeroko stosowane reakcje sprzęgania krzyżowego katalizowane palladem mogą być teraz przeprowadzane w łagodnych warunkach temperatury pokojowej w wodzie z TPGS-750-M z różnymi, dostępnymi na rynku kompleksami palladu i ligandami. Transformacje te, w tym Suzuki-Miyaura, Sonogashira, aminowanie Buchwalda-Hartwiga i sprzęganie Hecka, są jednymi z najczęściej stosowanych reakcji tworzenia wiązań, zarówno w przemyśle, jak i w środowisku akademickim.¹

Podobnie, operacyjnie prosta reakcja Suzuki-Miyaura wykorzystująca katalizę micelarną i kompleks bis(di-tert-butylofosfino)ferrocenu z chlorkiem palladu zapewnia dostęp do sterylnie zatłoczonych substratów w temperaturze pokojowej przy użyciu trietyloaminy jako zasady.

Reakcja Sonogashiry i aminacja Buchwalda-Hartwiga są również podatne na reakcję w wodzie z TPGS-750-M przy użyciu kombinacji chlorek palladu/X-Phos w pierwszym przypadku i chlorek allilopalladu/cBRIDP w drugim.¹

Reakcje sprzęgania krzyżowego Hecka z jodkami arylowymi mogą być z powodzeniem przeprowadzane przy użyciu Pd[P(t-Bu)₃]₂ jako źródła palladu w środowisku wodnym zawierającym TPGS-750-M (5% mas.), co eliminuje potrzebę wysokich temperatur powszechnie związanych z reakcjami Hecka.

Pośredniczone przez cynk sprzężenia typu Negishi pomiędzy halogenkami arylowymi i alkilowymi mogą być przeprowadzane w środowisku wodnym TPGS-750-M. W tych warunkach, wysoce wrażliwe na wilgoć halogenki cynkoorganiczne są formowane in situ z halogenku alkilowego i pyłu cynkowego, a następnie reagują z halogenkiem arylowym w katalizie palladowej. Z pomocą środka powierzchniowo czynnego i stabilizującego liganda dla RZnX, takiego jak tetrametyloetylenodiamina (TMEDA), cały ten proces odbywa się w wodzie, prowadząc do różnych pierwszorzędowych i drugorzędowych aromatów podstawionych alkilami. Wybór katalizatora ma kluczowe znaczenie dla powodzenia reakcji; Pd(Amphos)Cl₂ został uznany za optymalny katalizator.¹

Reakcje aktywacji C-H

Kationowy pallad w połączeniu ze stechiometrycznym utleniaczem benzochinonem i azotanem srebra z powodzeniem katalizuje orto funkcjonalizację różnych acetamidów arylowych w wodzie w temperaturze pokojowej przy użyciu tego amfifilu.¹

Aby zapoznać się z procedurami wykorzystującymi TPGS-750-M należy kliknąć tutaj.

Referencje

1. Lipshutz BH, Ghorai S, Abela AR, Moser R, Nishikata T, Duplais C, Krasovskiy A, Gaston RD, Gadwood RC. 2011. TPGS-750-M: A Second-Generation Amphiphile for Metal-Catalyzed Cross-Couplings in Water at Room Temperature. J. Org. Chem.. 76(11):4379-4391. https://doi.org/10.1021/jo101974u

2. Lipshutz BH, Ghorai S. 2012. "Designer"-Surfactant-Enabled Cross-Couplings in Water at Room Temperature. Aldrichimica Acta. 45(1):3-16.

3. Lipshutz BH, Ghorai S. 2008. Transition-Metal-Catalyzed Cross-Couplings Going Green: in Water at Room Temperature. Aldrichimica Acta. 41(3):59-72.