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 Sch_Kreuzk_20112505.pptx

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 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

1. Klassische Kreuzkupplungen Klassische Kreuzkupplungsreaktionen: Suzuki, Stille, Negishi, Heck etc. Katalysezyklus: Oxidative Addition: Addition des Elektrophils an Pd0-Katalysator unter Ausbildung eines PdII-Komplexes Transmetallierung: Übertragung des organischen Restes des Nukleophils auf den PdII-Komplex Reduktive Eliminierung: Bildung des Kupplungsproduktes unter Regeneration des Pd0-Katalysators Reduktive Eliminierung Oxidative Addition Transmetallierung J. P. Collman, Principles and applications of organotransition metal chemistry, Universitiy Science Books: Mill Valley, CA, 1987. Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

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

2. Oxidative Kreuzkupplungen Gängige Katalysatoren: Palladium: PdCl2, Pd(OAc)2, Pd(TFA)2, Pd(dba)2 Kupfer: CuCl, CuCl2, CuBr, Cu(OAc)2, Pd(OTFA)2 sonstige Übergangsmetalle: Mangan, Ruthenium, Gold, Molybdän Gängige Oxidationsmittel: Desylchlorid, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, tert-Butylhydroperoxid, Benzochinon, Kaliumperoxodisulfat Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier Metallorganyle 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 F. V. Singh, M. F. Z. J Amaral, H. A. Stefani, Tetrahedron Lett. 2009, 50, 2636–2639. Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier Metallorganyle 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 2 1 3 G. Cahiez, C. Duplais, J. Buendia, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6731–6734. Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier Metallorganyle Kupplung von Alkinyl-Metall-Verbindungen mit Alkyl-Metall-Verbindungen Alkylzinkhalogenid + Alkinylstannan Heterokupplung durch selektive Transmetallierung bevorzugt: Alkyl: Pd-Enolat-Bindung Alkinyl: Pd-Cl-Bindung 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. Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

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

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

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

2.1.2 C-C-Bindungsknüpfung: Metallorganyl mit CH-Verbindung Bororganyle Keton als Oxidationsmittel Regioselektivität durch ortho-dirigierende Acetylgruppe F. Kakiuchi, S. Kann, K. Igi, N. Chatani, S. Murai, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1698–1699. Siliciumorganyle Zinkorganyle 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. Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

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

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

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

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

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

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

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. Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

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

2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-Verbindungen Kupplung von zwei Alkenen 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. Kupplung von Aromaten mit Alkanen Z. Li, C.-J. Li, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6968–6969. Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-Verbindungen Kupplung von zwei Alkanen 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. Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

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

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

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

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

2.2 C-X-Bindungsknüpfung Aufbau von N-Aryl-Bindungen H.-Y. Thu, W.-Y. Yu, C.-M. Che, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9048–9048. Bildung von Enamiden 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. Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx

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

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

3. Zusammenfassung 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 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_20112505.pptx