N-Heterocykliczne karbeny (NHC) Ligandy & Zestaw do transformacji organicznych

Szybki postęp w reakcjach sprzęgania krzyżowego nieaktywowanych substratów katalizowanych przez kompleksy metali przekształcił rynek chemiczny poprzez wprowadzenie obszernej biblioteki achiralnych i chiralnych ligandów fosfinowych. Pozytywny wpływ ligandów fosfinowych został zilustrowany w licznych doniesieniach o wysoce wydajnych systemach pod względem obrotów i selektywności stosowanych w tradycyjnych procesach przemysłowych, takich jak uwodornienie. Jednak wady związane z wysokimi kosztami produkcji trzeciorzędowych (zwłaszcza chiralnych) fosfin i ich degradacyjną tendencją do przekształcania się w tlenki fosfiny zostały dopiero teraz rozwiązane przez bogatą dziedzinę ligandów NHC wykorzystywanych w katalizie homogenicznej.¹

Zalety N-heterocyklicznych karbenów jako ligandów pomocniczych są następujące:

1. są silniejszymi s-donorami niż fosfiny, umożliwiając korzystne szybkości katalizowanej palladem utleniającej addycji chlorków arylowych;
2. silne wiązanie metal-karben kompleksu NHC sprzyja ścisłej kinetyce wiązania, zmniejszając tym samym dysocjację ligandu;
3. obecność sterycznie obciążających grup związanych z atomami N ułatwia redukcyjną eliminację produktu z palladu; oraz
4. aktywność ligandów NHC może być modyfikowana przez zdalne wprowadzenie elektronowych podstawników kierujących, co zaobserwowano w syntezie benzimidazolidyn, które zawierają elektronowo odmienne grupy na szkielecie aromatycznym.²

Dostępna jest obecnie szeroka gama ligandów NHC, które wykazują wysoką aktywność w różnych ważnych transformacjach organicznych w połączeniu z metalowymi katalizatorami wstępnymi. Ligandy imidazolidynowe NHC ze sterycznie obciążającymi grupami, takimi jak mesityl, izopropyl i adamantyl, zostały wykorzystane w katalizowanej Pd cyklizacji anilidów,³ aminowaniu chlorków arylu,⁴ arylowanie enolanami estrów w celu otrzymania estrów a-arylowych,⁵ reakcje Sonogashiry nieaktywowanych bromków alkilowych,⁶ oraz katalizowaną rutenem reakcję RCM (Schematy 1-5).⁷ Ten ostatni przykład pokazuje moc ligandów NHC do stabilizacji metalu aktywnego w roztworze, a tym samym nadaje katalizatorowi zdolność do wywoływania RCM na wysoce podstawionych i ubogich w elektrony olefinowych reagentach, dając tetrasubstytuowane produkty. Taka wyraźna reaktywność była wyłączną domeną katalizatorów alkilidenowych Shrocka.⁸ Jednak zastosowanie tych imidazolidyn prowadzi do poprawy wydajności w porównaniu z wczesnymi katalizatorami metatezy rutenu i zapewnia dodatkowe cechy stabilności w porównaniu z systemem Shrocka. Naszym celem w Sigma-Aldrich jest przyspieszenie nowatorskich projektów badawczych w dziedzinie chemii z udziałem ligandów NHC. W tym celu jako pierwsi oferujemy zestaw ligandów składający się z różnorodnego zestawu sterycznie wymagających ligandów NHC.

Schemat 1.

Schemat 2.

Schemat 3.

Schemat 4.

Schemat 5.

Referencje

1. Herrmann. 2002. et al. Angew. Chem.. Int. Ed. Engl.. 41,1290.

2. Hadei N, Kantchev EAB, O'Brie CJ, Organ MG. 2005. Electronic Nature of N-Heterocyclic Carbene Ligands:? Effect on the Suzuki Reaction. Org. Lett.. 7(10):1991-1994. https://doi.org/10.1021/ol050471w

3. Lee S, Hartwig JF. 2001. Improved Catalysts for the Palladium-Catalyzed Synthesis of Oxindoles by Amide ?-Arylation. Rate Acceleration, Use of Aryl Chloride Substrates, and a New Carbene Ligand for Asymmetric Transformations. J. Org. Chem.. 66(10):3402-3415. https://doi.org/10.1021/jo005761z

4. Stauffer SR, Lee S, Stambuli JP, Hauck SI, Hartwig JF. 2000. High Turnover Number and Rapid, Room-Temperature Amination of Chloroarenes Using Saturated Carbene Ligands. Org. Lett.. 2(10):1423-1426. https://doi.org/10.1021/ol005751k

5. Jørgensen M, Lee S, Liu X, Wolkowski JP, Hartwig JF. 2002. Efficient Synthesis of ?-Aryl Esters by Room-Temperature Palladium-Catalyzed Coupling of Aryl Halides with Ester Enolates. J. Am. Chem. Soc.. 124(42):12557-12565. https://doi.org/10.1021/ja027643u

6. Eckhardt M, Fu GC. 2003. The First Applications of Carbene Ligands in Cross-Couplings of Alkyl Electrophiles:  Sonogashira Reactions of Unactivated Alkyl Bromides and Iodides. J. Am. Chem. Soc.. 125(45):13642-13643. https://doi.org/10.1021/ja038177r

7. Fürstner A, Thiel OR, Ackermann L, Schanz H, Nolan SP. 2000. Ruthenium Carbene Complexes withN,N?-Bis(mesityl)imidazol-2-ylidene Ligands:  RCM Catalysts of Extended Scope. J. Org. Chem.. 65(7):2204-2207. https://doi.org/10.1021/jo9918504

8. Schrock RR, Murdzek JS, Bazan GC, Robbins J, DiMare M, O'Regan M. 1990. Synthesis of molybdenum imido alkylidene complexes and some reactions involving acyclic olefins. J. Am. Chem. Soc.. 112(10):3875-3886. https://doi.org/10.1021/ja00166a023