Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen

Präsentation zum Thema: "Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen"—  Präsentation transkript:

1 Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen
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_ 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 Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz Sch_Kreuzk_ pptx

3 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_ pptx

4 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_ pptx

5 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_ pptx

6 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_ pptx

7 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_ pptx

8 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_ pptx

9 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_ pptx

10 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_ pptx

11 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_ pptx

12 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_ pptx

13 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_ pptx

14 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_ pptx

15 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_ pptx

16 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_ pptx

17 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_ pptx

18 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_ pptx

19 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_ pptx

20 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_ pptx

21 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_ pptx

22 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_ pptx

23 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_ pptx

24 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_ pptx

25 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_ pptx

26 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_ pptx

27 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_ pptx

28 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_ pptx

29 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_ pptx

30 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_ pptx