Übergangsmetall-katalysierte kupplungen von nukleophilen 25.05.2011 seminarvortrag sonja schwolow...

30
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

Upload: mareke-kuechler

Post on 06-Apr-2016

217 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen

25.05.2011Seminarvortrag

Sonja SchwolowAK 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

Page 2: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

Inhaltsübersicht

1. Klassische Kreuzkupplungen zwischen Nukleophilen und Elektrophilen

2. Oxidative Kreuzkupplung

2.1 C-C-Bindungsknüpfung2.1.1 Kupplung von zwei Metallorganylen2.1.2 Kupplung: Metallorganyl mit CH-Verbindung2.1.3 Kupplung von zwei CH-Verbindungen

2.2 C-X-Bindungsknüpfung2.2.1 C-Halogen-Bindungsknüpfung2.2.2 C-O-Bindungsknüpfung2.2.3 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 OpatzSch_Kreuzk_20112505.pptx

Page 3: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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 Pd0-Katalysator unter Ausbildung eines PdII-Komplexes

2. Transmetallierung: Übertragung des organischen Restes des Nukleophils auf den PdII-Komplex

3. Reduktive Eliminierung: Bildung des Kupplungsproduktes unter Regeneration des Pd0-Katalysators

Pd0

R2M2

R1X

R1PdIIX

M2X

R1PdIIR2

R1R2

J. P. Collman, Principles and applications of organotransition metal chemistry, Universitiy Science Books: Mill Valley, CA, 1987.

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

Nu + E

Übergangsmetall-Katalysator

Nu E

Page 4: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2. Oxidative KreuzkupplungenFolie 4

Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz

Pd0

R2M2M1X1

X1X2

X1PdIIX2

M2X2

R1PdIIR2

R1R2

R1M1

Reduktive Eliminierung

Transmetallierung

Reoxidation desKatalysators

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 PdII-Komplexes

2. Transmetallierung: Übertragung beider organischen Reste der Kupplungspartner auf den PdII-Komplex

3. Reduktive Eliminierung: Bildung des Kupplungsproduktes unter Reduktion des Katalysators

Nu1 + Nu2

Übergangsmetall-Katalysator

OxidationsmittelNu1 Nu2

Page 5: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2. Oxidative KreuzkupplungenFolie 5

Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz

• 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

Nukleophile

CH-Verbindungen

Amine, Alkohole, Amide etc.

Anionen: CN-, Br-, Cl- etc.

Organometalle:RMgX, RZnCl, RSnBu3,

RB(OR)2 etc.

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

Page 6: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier MetallorganyleFolie 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

2 R BF3K10 mol% Cu(OAc)2

DMSO, 60 °C, 6 hR R

OOOMe

MeO

97% 84%

86%

58%60%

88%

F. V. Singh, M. F. Z. J Amaral, H. A. Stefani, Tetrahedron Lett. 2009, 50, 2636–2639.

Page 7: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier MetallorganyleFolie 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 ungehindertb. 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

ArMgX + XMg Ra-d: 2.5 Äq.

20 mol% MnCl2·LiClO2 Ar R

THF, 0 °C, 1 hOMe

Pent

74%

PentCl

81%

SiMe3

89%

CN

Ph

77%

MeO

78%NEt2

S O

O68%

a b

c d

e f

e+f: 2.5 Äq.

MeO MgBr 20 mol% MnCl2·LiClO2

THF, 0 °C, 1 h+

MgCl

MeO OMe

MeO

1

2

3

2

1

3

Page 8: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

Folie 8

Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz

3. Kupplung von Alkinyl-Metall-Verbindungenmit Alkyl-Metall-VerbindungenAlkylzinkhalogenid + 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.

R1 SnBu3 + R2ZnCl

2.5 mol% Pd(dba)2Desylchlorid

THF, 60 °CR1 R2

Ph nC8H17

Ph

nC8H17nC5H11

Ph

91% 77%

80% 93%

Pd0

Ph

Cl

O

Ph

Ph

PdII

O

Ph

Cl

PhPh

OPdIICl

PhZnCl

PhPh

OZnClPh

PdIICl

Ph SnBu3ClSnBu3

PhPdII

PhPh

Ph

2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier Metallorganyle

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

• Heterokupplung durch selektive Transmetallierung bevorzugt:Alkyl: Pd-Enolat-BindungAlkinyl: Pd-Cl-Bindung

Page 9: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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

ArZnCl + R3InTHF, 60 °C

5 mol% PdCl2(MeCN)25 mol% DPEphos

Desylchlorid

Cl nC12H25 Cl

BrPh

Br

Br

Br

Br

Br

nC8H17

MeO

Ph

MeO

nC12H25

90%

77%

84%

90%

57%

70%

82%

81%

Ar R

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

OP P

PhPh Ph PhDPEphos

Bis(2-diphenylphosphin-phenyl)ether

Page 10: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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

R1 H + R2ZnX

5 mol% Pd(dba)2Luft, CO

25 °C, 24 hR1 R2

Me

MeO

Cl

Br

OEt

O

81% 80%

75% 83%

74% 70%

72% 93%

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

Page 11: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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

N

O

PdMe

L

Intermediat

N + SnPh4

5 mol% RhCl(PPh3)3Cl2CHCHCl2

120 °C, 50 h

N N

Ph

Ph

Ph65 % 20 %

N

O

+ R4Sn

10 mol% Pd(OAc)21 Äq. Cu(OAc)2

1 Äq. Benzochinon, Luft

MeCN, 100 °C, 40 h

N

O

R

N

O

R

R

R: Me 20 % 64 %R: Et 15 % 74 %

• Aromat mit Arylzinnverbindung: LM Tetrachlorethan als Oxidationsmittel, Regioselektivität durch ortho-dirigierende Pyridylgruppe

NO + R4Sn

5 mol% Pd(OAc)21 Äq. Cu(OAc)2

1 Äq. Benzochinon, Luft

MeCN, 100 °C, 60 h NO

R R: Me 71 %R: Et 79 %R: nPr 82 %R: nBu 75 %R: nOct 83 %

Page 12: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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.

O

+ BO

OPh

2 mol% RuH2(CO)(PPh3)3

Toluol, 110 °C, 1 h

O

Ph

1 mmol2 mmol

1 mmol1 mmol

47 % (0.47 mmol)80 % (0.80 mmol)

OH

c. Siliciumorganyle

d. Zinkorganyle

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

• Keton als OxidationsmittelRegioselektivität 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.

Page 13: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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.

NCH3

CH3

+ NaCN

5 mol% RuCl3·nH2OO2 (1 atm)

Methanol/Essigsäure60 °C, 88 %

NH2C

CH3

CN

a. Cyanierung:

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

RunR1R2N-CH2R3

R1R2N-CH2R3

Run

RunH

1R2R+N CHR3

O2

RunOOH

1R2R+N CHR3

HCN

H2O

Run+2=O

R1R2N-CH2R3

RunOH

1R2R+N CHR3

HCN

H2O

CHR3

CN1R2RN

CHR3

CN

1R2RN

+

+

Page 14: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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

HN

MeO

O

NH

RB(OH)2

R1+

10 mol% CuBr1 Äq. t-BuOOH

DCE, 100 °C

HN

MeO

O

NH

R

R1

HN

O

NH

PMP

82 %

HN

O

NH

PMP

OMe

OEt

O

94 %

HN

O

NH

PMPHN

O

89 %

NH

OEt

O

Page 15: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-VerbindungenFolie 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

H22 CuCl

NH4OH,Ethanol

Cu2O2

NH4OH,Ethanol

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

C. Glaser, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1869, 2, 422–424.C. Glaser, Ann. Chem. Pharm. 1870, 154, 137–171.

Page 16: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.1.1 C-C-Bindungsknüpfung zweier CH-VerbindungenFolie 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.

OMe

MeO OMe+ H R

OMe

MeO OMe

R5 mol% Ph3PAuCl1.5 Äq. PhI(OAc)2

1 Äq. NaHCO3

DCE, 90 °C, 12 h

R: CO2Me 81 %R: CO2Et 75 %R: COPh 72 %

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

• Goldkatalyse, symmetrische Edukte

AuI H R

AuI R

PhI(OAc)2

PhIAuIII RArH

AuIII RAr

Ar R

Page 17: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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

HN

MeO

O

NH

R1

+

10 mol% CuBr1 Äq. t-BuOOH

DCE, 25 °C

HN

MeO

O

NH

R1

HN

O

NH

PMP

H

HN

O

NPMP

68 % 67 %

R2

R2

HN

O

NH

PMP

78 %

Br

50 %

HN

O

NH

PMP

OMe

• α-Funktionalisierung von Glycin-Derivaten

Page 18: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

Folie 18

Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz

Y. Fujiwara, I. Moritani, M. Matsuda, S. Teranishi, Tetrahedron Lett. 1968, 9, 633–636.

+

1 Äq. Pd(OAc)2AcOH

Benzol, 80 °C, 8 h90 %

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.

NH

NH

NH

OtBuO

OtBu

O

10 mol% Pd(OAc)21.8 Äq. Cu(OAc)2

DMF/DMSO (9:1)70 °C, 18 h

20 mol% Pd(OAc)20.9 Äq. t-BuOOBz

Dioxan/AcOH(3:1)70 °C, 18 h

OtBu

O+

91 %

57 %

• Regiokontrolle durch acide Reaktionsbedingungen

Page 19: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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.

R1 COOH

R2R3

R4+2 Äq.

5 mol% Pd(OAc)25 mol% Benzochinon

2 Äq. KHCO3t-AmylOH, O2 (1 atm)

85 °C, 48 hR1 CH2OOH

R2R3

R4

O Me

CO2Me

COOEt

Ketoprofen-Derivat88 %

Me

CO2H

COOEt

Ibuprofen-Derivat93 %

MeO

CO2Me

Me

COOEt

Naproxen-Derivat86 %

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

Page 20: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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

R O NMe2

O + Ar H~ 40 Äq.

10 mol% Pd(OAc)25 Äq. TFA

3. Äq. Na2S2O8

70 °C

R O NMe2

OAr

MeOCONMe2

Cl

Cl80 %

MeOCONMe2

90 %

OCONMe2

Me

Me76 %

MeO

5. Kupplung von zwei Aromaten

Me

+ 2 Pd(OAc)2TFA

DCM

+ 2

Me OCONMe2O

ONMe2

Me

OPdO

NMe2

Me

O OPd

NMe2

O

OO

O CF3CF3

2 2

• Regioselektivität durch ortho-dirigierende Carbamatgruppe

Page 21: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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:

2

Pd(OAc)2Benzochinon, O2

AcOH

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

NH

+ NPh

NPh

NH

5 mol% CuBrt-BuOOHR

R

NPh

NH

NPh

NH

Me

NPh

NH

79 % 61 % 77 %

Z. Li, C.-J. Li, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6968–6969.

Page 22: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

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

NAr RO

O O

OR

NArOR

O

RO

O

+5 mol% CuBr

t-BuOOH, 25 °C

R1

R2

O O

R3+

20 mol% FeCl210 mol% DABCO

t-BuOOH, 80 °C

R2

O O

R3

R1

R1

NR2 R3 R4 NO2+

5 mol% CuBr

O2, 60 °C

R1

NR2 R3

R4 NO2

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.

Page 23: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.2 C-X-BindungsknüpfungFolie 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.

R

NN5 mol% Pd(OAc)2

1 Äq. Cu(OTFA)2, Luft4–8 Äq. CaCl2AcOH, 110 °C R

NN

Cl

NN

Cl

Ac82 %

NN

Cl

O2N

NN

Cl

MeO

74 % 91 %

Cl

N

N

93 %

NN

ClCl

96 %

• Chlorierung mit Calciumchlorid

B. M. Choudary, Y. Sudga, P. N. Reddy, Synlett 1994, 450.

R 1.3 mol% (NH4)6MoO24·4H2O1 Äq. KBr, 1 Äq. H2O2

R

Br

AcOH, 25 °C, 20–30 min

R: OMeR: OHR: NH2R: N(Me)2R: NHCOMe

99 %89 %84 %95 %99 %

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

1. Halogenierung durch Kupplung von CH-Verbindungen mit Salzen

Page 24: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.2 C-X-BindungsknüpfungFolie 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.

+ RCOOH

5 mol% Pd(OAc)2 bzw Pd(TFA)210 mol% Benzochinon

1.1 Äq. t-BuOOH

DCM, 40 °C

O R

O

OAc

76 %

OCOPh OCOtBu

77% 65 %

O

O

OMe

O

O

NO2

85 % 82 %

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

• Acetylierung in Nachbarstellung zur Doppelbindung

D

D

D

DPd

OAc

OAc

HD

D

-AcOHPd

OAc

HD

D

Pd

OAcO

O

D

D

OAcD

DOAc+

Pd-BQ

-HQ+ 2 AcOH

Pd(OAc)2

H. Grennberg, J.-E. Bäckvall, Chem. Eur.–J. 1998, 4, 1083–1089.

Page 25: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.2 C-X-BindungsknüpfungFolie 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.

O

NH

OMe5 mol% Pd(OAc)2

2 Äq. K2S2O8

EtOH/Dioxan (1:1)4 Å MS, 55 °C

O

NH

OMe

OEt

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

• Regioselektivität durch ortho-dirigierendes Amid

• Regioselektivität durch ortho-dirigierenden Oximether

Br

N OMe

Br

N OMeOMe

10 mol% Pd(OAc)2

Oxone, MeOH, 40-80 °C, 48 h

L. V. Desai, H. A. Malik, M. S. Sanford, Org. Lett. 2006, 8, 1141–1144.

Page 26: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.2 C-X-BindungsknüpfungFolie 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.

R1

H+ NH

R3

R2

20 mol% CuCl22 Äq. Pyridin

2 Äq. Na2CO3, O2 (1 atm)

Toloul, 70 °C, 4 h R1

NR3

R2

Ph

N

OO

Ph

N

NO

Me

Ph

N

CO2Me

82 % 79 % 89 %

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

a. Aufbau von Inamiden

• Stickstoff-Nukleophile: z. B. zyklische Carbamate, Harnstoffe und Indole

Page 27: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.2 C-X-BindungsknüpfungFolie 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.

R1 NH2

O+ R2

O

5 mol% PdCl2(PhCN)210 mol% CuCl, O2 (1 atm)

10 mol% TEMDP

PhCl, 70 °C, 48 h

R1 NH

O

R2O

O

NH CO2Et

O

NH CO2Et

O

NH CONMe2

70 % 71 % 76 %

P P

OO

OEtEtOOEt OEt

TEMDPTetraethylmethylen

diphosphonat

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

R1 NOMe

+ H2NCOR2

5 mol% Pd(OAc)2K2S2O8

DCE, 80 °C, 14–20 hR1 N

OMe

NHCOR2

NHCO2CH3

NOMe

NHCO2CF3

NOMe

MeN

MeONHCO2CH3

MeO

92 % 96 % 94 %

Page 28: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.2 C-X-BindungsknüpfungFolie 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.

1 mol% Mn(tpfpp)ClTsNH2, PhI(OAc)2

DCM, 40 °C, 2 h

NHTs

NHTs

NHTs

Y. Zhang, H. Fu, Y. Jiang, Y. Zhao, Org. Lett. 2007, 9, 3813–3816.

R1 NMe

Me

R2 NH

R3O

+

5 mol% CuBrt-BuOOH

80 °C, 6 h R1 NN

R2

R3

OMe

Me NMe

NHMe

O NMe

N

O

Br NMe

NH

O

76 % 71 % 35 %

e. Funktionalisierung von Amiden

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

N

NH N

HN

C6F5

C6F5

C6F5C6F5

Tetrakis(pentafluorphenyl)porphyrin

tpfpp:

Page 29: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

2.3 X-X-BindungsknüpfungFolie 29

Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK Opatz

1. Homokupplung zweier Phosphine:

Sch_Kreuzk_20112505.pptx

2 PR

Ar HP

RhP

Benzol, 20–110 °C, 3 h

5 mol%

iPr

iPrP P

R

Ar R

Ar

HP PH

Ar

Ar

36 %

P P

Ar

Ar

91 %

Ar

ArHP PH

iPr

iPr80 %

PRh

P

Benzol, 110 °C, 3 h, 77 %

5 mol%

iPr

iPrP S

Ph

PhPh2PH + PhSH

Ph

2. Kupplung von Phosphinen mit Thiophenol

L.-B. Han, T. D. Tilley, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 13698–13699.

Page 30: Übergangsmetall-katalysierte Kupplungen von Nukleophilen 25.05.2011 Seminarvortrag Sonja Schwolow AK Opatz Bond Formation between Two Nucleophiles: Transition

3. ZusammenfassungFolie 30

Oxidative Kreuzkupplungsreaktionen, Ref.: Sonja Schwolow, AK OpatzSch_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