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Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition.

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Präsentation zum Thema: "Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition."—  Präsentation transkript:

1 Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition Metal Catalyzed Oxidative Cross-Coupling Reactions C. Liu, H. Zhang, W. Shi, A. Lei, Chem. Rev. 2011, 111, 1780–1824. Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Folie 1 Sch_Kreuzk_20112505.pptx

2 Inhaltsübersicht 1. Klassische Kreuzkupplungen zwischen Nukleophilen und Elektrophilen 2. Oxidative Kreuzkupplung 2.1 C-C-Bindungsknüpfung 2.1.1 Kupplung von zwei Metallorganylen 2.1.2 Kupplung: Metallorganyl mit CH-Verbindung 2.1.3 Kupplung von zwei CH-Verbindungen 2.2 C-X-Bindungsknüpfung 2.2.1 C-Halogen-Bindungsknüpfung 2.2.2 C-O-Bindungsknüpfung 2.2.3 C-N-Bindungsknüpfung 2.3 X-X-Bindungsknüpfung 2.3.1 P-P- und P-S-Bindungsknüpfung 3. Zusammenfassung Folie 2 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

3 1. Klassische Kreuzkupplungen Folie 3 Reduktive Eliminierung Transmetallierung Oxidative Addition Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Klassische Kreuzkupplungsreaktionen: Suzuki, Stille, Negishi, Heck etc. Katalysezyklus: 1.Oxidative Addition: Addition des Elektrophils an Pd 0 -Katalysator unter Ausbildung eines Pd II -Komplexes 2.Transmetallierung: Übertragung des organischen Restes des Nukleophils auf den Pd II -Komplex 3.Reduktive Eliminierung: Bildung des Kupplungsproduktes unter Regeneration des Pd 0 -Katalysators J. P. Collman, Principles and applications of organotransition metal chemistry, Universitiy Science Books: Mill Valley, CA, 1987. Sch_Kreuzk_20112505.pptx

4 2. Oxidative Kreuzkupplungen Folie 4 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Reduktive Eliminierung Transmetallierung Reoxidation des Katalysators C. Liu, L. Jin, A. Lei, Synlett 2010, 17, 2527–2536. Vorteil gegenüber klassischer Kreuzkupplung: Nukleophile können ohne vorherige Funktionalisierung eingesetzt werden Sch_Kreuzk_20112505.pptx Katalysezyklus: 1.Oxidation des Katalysators: Addition des oxidationsmittels unter Ausbildung eines Pd II -Komplexes 2.Transmetallierung: Übertragung beider organischen Reste der Kupplungspartner auf den Pd II -Komplex 3.Reduktive Eliminierung: Bildung des Kupplungsproduktes unter Reduktion des Katalysators

5 2. Oxidative Kreuzkupplungen Folie 5 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Gängige Katalysatoren: Palladium: PdCl 2, Pd(OAc) 2, Pd(TFA) 2, Pd(dba) 2 Kupfer: CuCl, CuCl 2, CuBr, Cu(OAc) 2, Pd(OTFA) 2 sonstige Übergangsmetalle: Mangan, Ruthenium, Gold, Molybdän Gängige Oxidationsmittel: Desylchlorid, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, tert-Butylhydroperoxid, Benzochinon, Kaliumperoxodisulfat Sch_Kreuzk_20112505.pptx

6 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier Metallorganyle Folie 6 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 1.Kupplung von zwei Alkinyl-Metall-Verbindungen Aufbau von symmetrischen konjugierten Bisacetylenen M. W. Paixao, M. Weber, A. L. Braga, J. B. de Azeredo, A. M. Deobald, Helio A. Stefani, Tetrahedron Lett. 2008, 49, 2366–2369. Pd-katalysierte Homokupplung auch von Alkinyl-Telluriden möglich Sch_Kreuzk_20112505.pptx F. V. Singh, M. F. Z. J Amaral, H. A. Stefani, Tetrahedron Lett. 2009, 50, 2636–2639.

7 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier Metallorganyle Folie 7 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 2.Kupplung von Alkinyl-Metall-Verbindungen mit Aryl-Metall-Verbindungen Heterokupplung : a. Aryl: elektronenreich, sterisch anspruchsvoll Alkinyl: elektronenarm, sterisch ungehindert b. Alkinyl-Überschuss Toleranz gegenüber anderen funktionellen Gruppen G. Cahiez, C. Duplais, J. Buendia, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6731–6734. Sch_Kreuzk_20112505.pptx 2 1 3

8 Folie 8 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 3.Kupplung von Alkinyl-Metall-Verbindungen mit Alkyl-Metall-Verbindungen Alkylzinkhalogenid + Alkinylstannan Y. Zhao, H. Wang, X. Hou, Y. Hu, A. Lei, H. Zhang, L. Zhu, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 15048–15049. L. Jin, Y. Zhao, H. Wang, A. Lei, Synthesis 2008, 4, 649–654. 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier Metallorganyle Sch_Kreuzk_20112505.pptx Heterokupplung durch selektive Transmetallierung bevorzugt: Alkyl:Pd-Enolat-Bindung Alkinyl:Pd-Cl-Bindung

9 Folie 9 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier Metallorganyle L. Q. Jin, Y. S. Zhao, L. Z. Zhu, H. Zhang, A. W. Lei, Adv. Synth. Catal. 2009, 351, 630–634. 4.Kupplung von Aryl-Metall- Verbindungen mit Alkyl-Metall- Verbindungen Heterokupplung durch selektive Transmetallierung bevorzugt: Alkyl:Pd-Enolat-Bindung, Aryl:Pd-Cl-Bindung Sch_Kreuzk_20112505.pptx

10 Folie 10 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 1.Kupplung von terminalen Alkinen mit Alkyl-Metall-Verbindungen (Zinkorganyle) 2.1.2 C-C-Bindungsknüpfung: Metallorganyl mit CH-Verbindung M. Chen, X. L. Zheng, W. Q. Li, J. He, A. W. Lei, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4101–4103. Sch_Kreuzk_20112505.pptx

11 Folie 11 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 2.1.2 C-C-Bindungsknüpfung: Metallorganyl mit CH-Verbindung 2.Kupplung von Alkenen (bzw Aromaten) mit Metallorganylen a.Zinnorganyle Aromaten mit Alkylzinnverbindungen, Regioselektivität durch ortho-dirigierende Oxazylgruppe S. Oi, S. Fukita, Y. Inoue, Chem. Commun. 1998, 2439–2440. X. Chen, J.-J. Li, X.-S. Hao, C. E. Goodhue, J.-Q. Yu, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 78–79. Sch_Kreuzk_20112505.pptx Aromat mit Arylzinnverbindung: LM Tetrachlorethan als Oxidationsmittel, Regioselektivität durch ortho-dirigierende Pyridylgruppe

12 Folie 12 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 2.1.2 C-C-Bindungsknüpfung: Metallorganyl mit CH-Verbindung b.Bororganyle F. Kakiuchi, S. Kann, K. Igi, N. Chatani, S. Murai, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1698–1699. c.Siliciumorganyle d.Zinkorganyle Sch_Kreuzk_20112505.pptx Keton als Oxidationsmittel Regioselektivität durch ortho-dirigierende Acetylgruppe S. Yang, B. Li, X. Wan, Z. Shi, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6066–6067. N. Yoshikai, A. Matsumoto, J. Norinder, E. Nakamura, Synlett 2010, 313–316.

13 Folie 13 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 2.1.2 C-C-Bindungsknüpfung: Metallorganyl mit CH-Verbindung 3.Kupplung von Alkanen mit Metallorganylen S.-I. Murahashi, N. Komiya, H. Terai, T. Makae, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 15312–15313. a.Cyanierung: Sch_Kreuzk_20112505.pptx

14 Folie 14 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz b.Bororganyle 2.1.2 C-C-Bindungsknüpfung: Metallorganyl mit CH-Verbindung α-Funktionalisierung von Glycin-Derivaten L. Zhao, O. Basle, C.-J. Li, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 4106–4111. Sch_Kreuzk_20112505.pptx

15 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-Verbindungen Folie 15 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 1.Homokupplung zweier terminale Alkine: Kupplung nach Glaser (1869) liefert symmetrische konjugierte Bisacatylene Besonders effizient: Reaktionspartner ohne vorherige Funktionalisierung einsetzbar Sch_Kreuzk_20112505.pptx C. Glaser, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1869, 2, 422–424. C. Glaser, Ann. Chem. Pharm. 1870, 154, 137–171.

16 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-Verbindungen Folie 16 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 2.Kupplung von Aromaten mit terminalen Alkinen T. Haro, C. Nevado, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1512–1513. Sch_Kreuzk_20112505.pptx Goldkatalyse, symmetrische Edukte

17 Folie 17 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 3.Kupplung von Alkanen mit terminalen Alkinen 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-Verbindungen L. Zhao, C.-J. Li, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7075–7078. Sch_Kreuzk_20112505.pptx α-Funktionalisierung von Glycin-Derivaten

18 Folie 18 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Y. Fujiwara, I. Moritani, M. Matsuda, S. Teranishi, Tetrahedron Lett. 1968, 9, 633–636. 4.Kupplung von Aromaten mit Alkenen Sch_Kreuzk_20112505.pptx 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-Verbindungen N. P. Grimster, C. Gauntlett, C. R. A. Godfrey, M. J. Gaunt, Angew. Chem. Int Ed. 2005, 44, 3125–3129. Regiokontrolle durch acide Reaktionsbedingungen

19 Folie 19 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-Verbindungen gezielte Funktionalisierung biologisch aktiver Substanzen: D.-H. Wang, K. M. Engle, B.-F. Shi, J.-Q. Yu, Sience 2010, 327, 315–319. Sch_Kreuzk_20112505.pptx

20 Folie 20 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz X. Zhao, C. S. Yeung, V. M. Dong, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5837–5844. 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-Verbindungen 5.Kupplung von zwei Aromaten Sch_Kreuzk_20112505.pptx Regioselektivität durch ortho-dirigierende Carbamatgruppe

21 Folie 21 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 6.Kupplung von zwei Alkenen 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-Verbindungen Sch_Kreuzk_20112505.pptx Homokupplung von Camphen: M. J. da Silva, J. A. Goncalves, R. B. Alves, O. W. Howarth, E. V. Gusevykaja, J. Organomat. Chem. 2004, 689, 302–308. 7.Kupplung von Aromaten mit Alkanen Z. Li, C.-J. Li, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6968–6969.

22 Folie 22 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 8.Kupplung von zwei Alkanen 2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-Verbindungen Sch_Kreuzk_20112505.pptx Z. P. Li, C.-J. Li, Eur. J. Org. Chem. 2005, 3173–3176. Z. P. Li, L. Cao, C.-J. Li, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6505–6507. O. Basle, C.-J. Li, Green. Chem. 2007, 9, 1047–1050.

23 2.2 C-X-Bindungsknüpfung Folie 23 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Bromierung mit Kaliumbromid B. Song, X. Zheng, J. Mo, B. Xu, Adv. Synth. Catal. 2010, 352, 329–335. Chlorierung mit Calciumchlorid B. M. Choudary, Y. Sudga, P. N. Reddy, Synlett 1994, 450. Sch_Kreuzk_20112505.pptx 1.Halogenierung durch Kupplung von CH-Verbindungen mit Salzen

24 2.2 C-X-Bindungsknüpfung Folie 24 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 2.C-O-Bindungsknüpfung durch Kupplung von CH-Verbindungen mit Säuren B. Åkermark, E. M. Larsson, J. D. Oslob, J. Org. Chem. 1994, 59, 5729–5733. Sch_Kreuzk_20112505.pptx Acetylierung in Nachbarstellung zur Doppelbindung H. Grennberg, J.-E. Bäckvall, Chem. Eur.–J. 1998, 4, 1083–1089.

25 2.2 C-X-Bindungsknüpfung Folie 25 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 3.C-O-Bindungsknüpfung durch Kupplung von CH-Verbindungen mit Alkoholen G.-W. Wang, T.-T. Yuan, J. Org. Chem. 2010, 75, 476–479. Sch_Kreuzk_20112505.pptx Regioselektivität durch ortho-dirigierendes Amid Regioselektivität durch ortho-dirigierenden Oximether L. V. Desai, H. A. Malik, M. S. Sanford, Org. Lett. 2006, 8, 1141–1144.

26 2.2 C-X-Bindungsknüpfung Folie 26 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 4.C-N-Bindungsknüpfung durch Kupplung von CH-Verbindungen mit Stickstoff-Nukleophilen T. Hamada, X. Ye, S. S. Stahl, J. Am. Chem. Soc. 2008, 833–835. Sch_Kreuzk_20112505.pptx a.Aufbau von Inamiden Stickstoff-Nukleophile: z. B. zyklische Carbamate, Harnstoffe und Indole

27 2.2 C-X-Bindungsknüpfung Folie 27 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz b. Aufbau von N-Aryl-Bindungen c.Bildung von Enamiden H.-Y. Thu, W.-Y. Yu, C.-M. Che, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9048–9048. J. M. Lee, D.-S. Ahn, D. Y. Jung, J. Lee, Y. Do, S. K. Kim, S. Chang, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12954–12962. Sch_Kreuzk_20112505.pptx

28 2.2 C-X-Bindungsknüpfung Folie 28 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz d.Synthese von Aminen S.-M. Au, J.-S. Huang, C.-M. Che, W.-Y. Yu, J. Org. Chem. 2000, 65, 7858–7864. Y. Zhang, H. Fu, Y. Jiang, Y. Zhao, Org. Lett. 2007, 9, 3813–3816. e.Funktionalisierung von Amiden Sch_Kreuzk_20112505.pptx

29 2.3 X-X-Bindungsknüpfung Folie 29 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz 1.Homokupplung zweier Phosphine: Sch_Kreuzk_20112505.pptx 2.Kupplung von Phosphinen mit Thiophenol L.-B. Han, T. D. Tilley, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 13698–13699.

30 3. Zusammenfassung Folie 30 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen von Nukleophilen  Synthesemöglichkeiten C-C-Bindungsknüpfungen: Metallorganyle und CH-Verbindungen als Edukte C-O-, C-N-, C-Hal- Bindungsknüpfungen  Vorteile Gewaltige Vielfalt der Synthesemöglichkeiten oftmals direkte CH-Funktionalisierung möglich Einsatz von Sauerstoff als Oxidationsmittel  Probleme Regioselektivität bei Kreuzkupplungen( insbesondere bei Einsatz von CH-Verbindungen)  Ziele breitere Substratpalette, komplexere Verbindungen mildere, umweltfreundlichere Reaktionsbedingungen Junges Forschungsfeld auf dem noch weitere Fortschritte zuerwarten sind


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