Katalyse - Metallorganik I. Oliver Reiser Universität Regensburg

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1 Katalyse - tallorganik I liver eiser Universität egensburg

2 Prinzipien in der Katalyse 1. Die 18 Elektronenregel Übergangsmetalle können max. 18 Elektronen in ihrer äußeren Schale haben z. B. 3. Periode: 4s 2, 4p 6 ==> Ligandenbeitrag; 3d 10 ==> tallbeitrag 8 Elektronen 10 Elektronen 18 Elektronen vgl. ktettregel bei auptgruppenelementen ==> max. 8 Elektronen P-1

3 2 mögliche Formalismen: Das Zählen von Elektronen in tallkomplexen (1) Liganden werden als neutrale Einheiten vom tall abgetrennt. Ich bevorzuge jedoch (2) Liganden werden mitsamt ihrem Bindungselektronenpaaren vom tall abgetrennt. Klassifikation in (a) positiv geladene (b) neutrale (c) anionische N C, P 3, C 2 (Carben), Alkyl, Aryl, Vinyl, Alkinyl, Acyl, F, Cl, Br, I, CN Liganden alle Liganden wirken als 2 Elektronendonoren P-2

4 Polarisierung von tall-liganden Bindungen Atom Elektronegativität Atom Elektronegativität Li 1.0 Si 1.9 Ti 1.5 B 2.0 V talle Cr Mn Liganden P C Fe 1.8 N 3.0 Co 1.9 Cl 3.2 Ni F 4.0 Weniger Elektropositiv Stärker Elektronegativ Daher... δ δ M Ligand Bindungselektronen sind stärker am Liganden lokalisiert P-3

5 Liganden Ligandentypen Anzahl der Elektronen C 3, Cl,, C C (sp rbital am C) 2 CC 2 (π-rbital) oder 2 2 M = M = M M M 4 4 or Ph 2 P PPh 2 M M M M η 5 -Cyclopentadienyl oder "Cp" P-4

6 Beispiele 1. Ferrocen Cp 2 Fe jedes Cp hat 6 Elektronen Komplex ist neutral, daher Fe in der xidationsstufe 2 Eisen(II) = d 6 Konfiguration = 6 Elektronen Gesamtelektronen = 6 (Fe) 2x6 (CP's = 18) Fe 2. Cobalticinium Ion Cp 2 Co jedes Cp hat 6 Elektronen Komplexladung = 1, daher Co in der xidationsstufe 3 Co(III) = d 6 = 6 Elektronen Gesamtelektronen = 6 (Co) 2x6 (Cp's) = 18 Co 3. CpFe(C) 2 C 3 Cp = 6, 2xC = 2x2 = 4, C 3 = 2 Elektronen Komplex ist neutral, daher Fe in der xidationsstufe 2 Eisen(II) = d 6 = 6 Elektronen Gesamtelektronen = 6(Fe) 6(CP) 4(C) 2 () = 18 C Fe C C3 P-5

7 Beispiele 4. Ni Cl Ni Cl = Ni Cl Ni Cl jedes Allylanion hat 4 Elektronen, jedes Cl = 2 2 Elektronen Komplex neutral, daher Ni = 2 Ni(II) = d 8 = 8 Elektronen Gesamtelektronenzahl = 8 (Ni) 4 (Allyl) 4 (Cl) = C C C C Cr C = Fischer Carbenkomplex jedes C = 2 Elektronen, Carben = 2 Elektronen Komplex neutral, daher Cr = 0 Cr(0) = d 6 = 6 Elektronen Gesamtelektronenzahl = 6 (Cr) 5x2 (C) 2 (Carben) = 18 P-6

8 Bindungsmotive aptizität = # der Bindungspunkte η= "eta" = griechisch für "h" η x = "hapto-x" = aptizität M η 1 -Allyl M η 3 -Allyl oder "π-allyl" M η 2 -Alkene M η 4 -Diene M M η 5 -Cyclopentadienyl = "Cp" η 6 -Aren P-7

9 σ-donor Bindungen: Der Ligand als Elektrondonor Drei Typen von σ-bindungen: talorbital liegt auf der Bindungsachse 1. Ligand wirkt als Donor auf der Bindungsachse (e.g., C 3, PPh 3, C) M oder M P Ph Ph Ph oder M C 2. π-bindung wirkt als Donor auf der Bindungsachse (e.g., 2 C=C 2 ) M 3. σ-bindung wirkt als Donor auf der Bindungsachse (e.g., 2, C 4 ) M σ P-8

10 π-ückbindungen = Ligand als Elektronakzeptor zwischen leeren Liganden- und vollen tallorbitalen Drei Typen von π-ückbindungen: 1. tall wirkt als Donor in ein π* anti-bindendes rbital, z. B. 2 C=C 2 M π CC 2. tall wirkt als Donor in ein π* anti-bindendes rbital, z. B. C M C π C 3. tall wirkt als Donor in ein σ* anti-bindendes rbital, z. B. 2 M σ P-9

11 π-ückbindung Physikalische Eigenschaften (1) I Streckschwingungen je schwächer die Bindung, desto niedriger die Streckschwingung Verbindung ν C (cm 1 ) (C) 5 W Et 2 (C) 5 W P 3 (C) 5 W P(Ph) 3 (C) 5 W C 2 C C Bindung wird stärker ==> ückbindung vom tall zum C wird schwächer Stärke der ückbindung zum anderen Liganden (nicht C) steigt Abnahme der "π=azidität" (Fähigkeit, ückbindungen zu akzeptieren) = Alken > Phosphit > Phosphan > Ether (2) Azidität von tallhydrid Komplexen Verbindung Co(C) 4 Co(C) 3 [P(Ph) 3 ] pka (CN) Steigende Fähigkeit der Liganden, die konjugierte Base durch ückbindung zu stabilisieren. Co(C) 3 [PPh 3 ] 15.4 P-10

12 Komplexgeometrien Beeinflußt durch sterische und elektronische Effekte. Liganden nehmen möglichst großen Abstand voneinander ein fach Koordination = linear 2. 3-fach Koordination C 3 Zn C 3 d 10 = trigonal planar Ph 3 P Pt PPh 3 16-Elektronen, d 10 -Komplex PPh 3 d 8 = T-form Ph 3 P h PPh 3 14-Elektronen, d 8 -Komplex Ph 3 P 3. 4-fach Koordination d 10 = tetraedrisch C Ph 3 P Ni C C Pd PPh 3 PPh 3 18-Elektronen, d 10 -Komplex C Ph 3 P d 8 = quadratisch planar Ph 3 P Ph 3 P Cl h PPh 3 16-Elektronen, d 8 -Komplex = Wilkinson Katalysator P-11

13 4. 5-fach Koordination Komplexgeometrien trigonal bipyramidal (normal), quadratisch pyramidal möglich C C Fe C C C 18-Elektronen, d 8 -Komplex 5. 6-fach Koordination = oktaedrisch C C C C Cr C C 18-Elektronen, d 6 -Komplex C Fe C C3 Bindungswinkel = Elektronen, d 6 -Komplex P-12

14 eaktionsmechanismen (1) Ligandenaustausch L L M L L L L 1 M L L L 1 L L L Assoziativ M L L n Elektronen L L L 1 M L L L L L 1 M L L L L 1 M L L L 1 L n2 Elektronen Ausgangskomplex kann (a) höchstens 16 Elektronen haben und muß (b) eine freie Koordinationsstelle aufweisen Et 3 P Cl M Cl PEt 3 N Et 3 P Cl N M Cl PEt 3 Et 3 P Cl M N PEt 3 Cl Austauschgeschwindigkeiten: M = Ni > Pd > Pt P-13

15 eaktionsmechanismen (1) Ligandenaustausch L L M L L L L 1 M L L L 1 L Dissoziativ L L M L L n Elektronen L L 1 L L M L n-2 Elektronen L L 1 M L L normalerweise bei 18 Elektronenkomplexen langsamer als assoziative Austauschreaktionen C P 3 Ni(C) 4 Ni(C) 3 Ni(C) 3 (P 3 ) P-14

16 eaktionsmechanismen (2) xidative Addition / eduktive Eliminierung M n A B xidative Addition A M n2 B n = xidationszahl xidation des talls Zwei Liganden werden in die Koordinationsphere aufgenommen Ausgangskomplex muß mehr als 2 d-elektronen besitzen und 2 freie Koordinationsstellen aufweisen A M n2 B eduktive Eliminierung M n A B eduktion des talls Zwei Liganden werden aus der Koordinationsphere eliminiert eduktive Eliminierung ist die Umkehr der xidativen Addition P-15

17 (2) xidative Addition / eduktive Eliminierung eaktionsmechanismen M n A B xidative Addition A M n2 B Substrate für xidative Additionen (a) unpolare Verbindungen, 3 Si, (b) polare Verbindungen X, X, X X = I, Br, Cl, Tf, P()() 2 (c) hrfachbindungen M 0 M 2 Liganden, die die Elektronendichte am tall erhöhen, beschleunigen die oxidative Addition P-16

18 (2) xidative Addition / eduktive Eliminierung eaktionsmechanismen M n A B xidative Addition A M n2 B Konzertierter chanismus (unpolare Bindungen) M 0 M 0 M 2 S N 2-chanismus cis-addition Addition verläuft unter etention M 0 X M 2 Cl Ir P 3 3 P C "Vaska's Komplex" 16 Elektronen d 8, Ir(I) I Cl M P 3 3 P C I Cl M P 3 3 P C I 18 Elektronen d 6, Ir(III) P-17

19 (2) xidative Addition / eduktive Eliminierung eaktionsmechanismen M n A B xidative Addition A M n2 B Protonierung X M 0 X M 2 X M 2 "When a Proton is not a Proton", B. M. Trost, Chem. Eur. J. 1998, 4, Liganden, die die Elektronendichte am tall erhöhen, verlangsamen die reduktive Eliminierung Liganden, die die Elektronendichte am tall erniedrigen, beschleunigen die reduktive Eliminierung z. B. C oder P-18

20 eaktionsmechanismen (3) Insertion / Deinsertion Alkene Insertion X M Deinsertion X M C C "insertion" X C X M "deinsertion" M Insertion in die M X Bindung: keine Änderung der xidationsstufe von M Elektronenzahl von M ändert sich von n auf n 2 Deinsertion in 18 Elektronenkomplexen nicht möglich X und Ligand: cis und weitgehend coplanare Stellung erforderlich X wandert unter etention Geschwindigkeit der Insertion > > > P-19

21 (3) Insertion / Deinsertion: β-ydrideliminierung eaktionsmechanismen β M α β-ydrideliminierung M ft anzutreffender eaktionspfad in Übergangsmetallkatalysen Voraussetzungen: 16 Elektronen oder weniger cis-anordnung von M und coplanare Anordnung von M und Stabile rganometallverbindungen M M M C 2 Si 3 M C 2 C 3 M M P-20

22 eaktionsmechanismen (4) Transmetallierung Ligandenaustausch zwischen tallen L* M* L M L M* *L M tathesemechanismus L L L *M M *M M *M M L* L* L* in der egel wird ein Ligand von einem auptgruppenelement auf ein Übergangsmetall übertragen, z.b.: Pd X Bu 3 Sn 1 Bu 3 SnX Pd 1 häufige auptgruppenelemente Li, Mg, B, Si, Sn, Zn, g oft der geschwindigkeitsbestimmende Schritt in Katalysen P-21

23 Spezielle Eigenschaften von Palladium in der Katalyse

24 Warum Palladium? Preis Ni < Pd << h, s, u, Pt Stabilität Pd(0)-Komplexe relativ luftstabil, z. B. im Gegensatz zu Ni(0)-Komplexen Anwendung Besonders vielseitig für C C-Verknüpfungsreaktionen ohe Toleranz gegen funktionelle Gruppen Verfügbarkeit als stabile und kommerziell erhältliche Ausgangssalze wie Pd(Ac) 2 oder PdCl 2 Pd-1

25 Palladium(0)komplexe Vorläufer können Palladium(II)salze sein, Darstellung von Pd(0) in situ Ausgangsmaterial: Pd(Ac) 2 Bei Bedarf Umkristallisation aus Benzol (Lösen in heißem Benzol, Abtrennung der unlöslichen Bestandteile und Einengen der Lösung) Pd(Ac) 2 PPh 3 2 Pd(0) Ph 3 P 2 Ac T. ayashi, Chem. Lett. 1992, 2177 Als eduktionsmittel können aber auch Amine oder Alkene fungieren Pd(Ac) 2 PBu 3 TF oder Pd(0) =PBu 3 Benzol sehr aktive, Liganden-freie, aber instabile Pd(0)-Spezies J. Tsuji, Tetrahedron Lett. 1993, 34, 2513 Pd-2

26 Liganden für Palladium(0)komplexe P-Liganden PBu 3 > PPh 3 > P() 3 Elektronenreicher P Ph 2 P Ph 2 P S 3 S 3 3 wasserlösliche Phosphanliganden N 3 X J. Mol. Cat. 1990, 59, 1 eview: W. errmann, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 1524 Ph 2 P PPh 2 Ph 2 P PPh 2 Ph2 P PPh 2 PPh 2 dppe dppp dppb dppf PPh 2 2-zähnige Liganden --> Bißwinkel Pd-3

27 Bißwinkel in tallkomplexen L M L L,M,L = Bißwinkel je kleiner der Bißwinkel, desto kleiner die sterische inderung L L L Ni L K D 25 C L L Ni L L = P(Et) 3 P(-p-tolyl) 3 P(-iPr) 3 P(-o-tolyl) 3 PPh 3 Bißwinkel [ ] K D < x x x 10-2 kein NiL 4 Pd-4

28 Chirale Liganden für Palladium(0)komplexe P-Liganden 3 C C 3 P P C 3 3 C PPh 2 3 C C 3 PPh 2 Ph2 P PPh 2 Ph 2 P PPh 2 BINAP (1) CIAPS (2) DIP (3) dipamp (4). eiser, Nachr. Chem. Tech. Lab. 1996, 44, Noyori,. Takaya, Acc. Chem. es. 1990, 23, D. Cai et al., J. rg. Chem. 1994, 59, D. Cai et al., Tetrahedron Lett. 1995, 44, Pd-5

29 Chirale Liganden für Palladium(0)komplexe P,N-Liganden PPh 2 N(C 3 ) 2 Ph 2 P N Ph 2 P N(C 3 ) 2 Fe C 3 1 VALPS ( = i Pr) t-leups ( = t Bu) PEPS ( = C 6 5 C 2 ) BPPFA J. M. J. Williams, Synlett 1996, G. elmchen, Amgew. Chem. 1997, 109, 2199 A: Pfaltz, Tetrahedron Asymmetry 1994, 5, Pd-6

30 Chirale Liganden für Palladium(0)komplexe P-Liganden N N PPh 2 PPh 2 Ph 2 P 2 N N 2 a) B. M. Trost,. Madsen, S. G. Guile, A. E.. Elia, Angew. Chem. 1996, 108, b) B. M. Trost, Z. P. Shi, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, Pd-7

31 Stille Kupplung

32 I I 1 SnBu 3 2 X 1 = 2 = Y N Y Mitchell, T. N. Synthesis 1992, 803. Stille eaktion Bu 3 Sn Pd(0) SnBu X SnBu 3 Stille, J. K.; Milstein, D. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, K. C. Nicolaou, Chem. Eur. J. 1995, 1, mol% Pd(CN) 2 Cl 2 i-pr 2 NEt 25 C DMF/TF 48 hours N rapamycin, 27% eviews: Farina, V.; Krishnamurthy, V.; Scott, W. J. in rganic eactions, Volume 50; L. Paquette et al., Eds. Wiley: New York, 1997; p 1.

33 chanismus der Stille eaktion Katalysator: entweder Pd(0) oder Pd(II) kann eingesetzt werde Pd(0) ist jedeoch die katalytisch aktive Spezies Wie wird Pd(0) aus Pd(II) erzeugt? 1 SnBu 3 1 SnBu 3 PdX X SnBu 3 Pd(0) Diese eaktion erzeugt Pd(0) und hat auch selbst präparative Bedeutung McDermott, T. S.; Mortlock, A. A.; eathcock, C.. J. rg. Chem. 1996, 61, 700. N N 10 mol% PdCl 2 (PPh 3 ) 2 N N SnBu 3 SnBu 3 20 mol% CuI Luftsauerstoff 34% papuamine Luftsauerstoff oxidiert Pd(0) zu Pd(II) S-2

34 Katalysecyclus 1 2 Pd(0)L n 2 X eduktive Eliminierung xidative Addition 2 Pd II 1 XSnBu 3 2 Pd II X Transmetallierung 1 SnBu 3 xidative Addition (a) Amatore, C.; Azzabi, M.; Jutand, A. J. Am. Chem. Soc 1991, 113, (b) Amatore, C.; Jutand, A.; Suarez, A. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, S-3

35 chanismus der xidativen Addition Pd(0)L n 2 X 2 Pd II X Pd(PPh 3 ) 4 Pd(PPh 3 ) 3 PPh 3 Pd(PPh 3 ) 2 PPh 2 3 Festkörper Lösung Aktive Species alogenidionen (Cl, Br ) beschleunigen die Bildung der aktiven Species L L Pd L L Pd trans cis L = PPh 3 Pd(0) Br xidative Addition L L Pd Br cis Pd(II) Br L Pd L trans xidative Addition: etention der Stereochemie an Alkylhalogenid mit Alkylhalogeniden keine konzertiere Addition, Ein-Elektronenmechanismus wahrscheinlich S-4

36 chanismus der xidativen Addition Pd(0)L n 2 X 2 Pd II X oxidative Addition Pd(0) Quelle: Pd(dba) 2 or Pd 2 (dba) 3 CCl 3 löslich, gut handhabbar dba = Dibenzylidenaceton = Ph Ph Pd(dba) 2 = Ph Ph Pd Ph Ph dba ist ein besserer Ligand für Palladium als PPh 3! xidative Addition langsamer als bei Pd-phosphin Komplexen (dba ist ein π-akzeptor und σ-donor, PPh 3 ist nur ein σ-donor) Pd(dba) 2 2 PPh 3 ergibt einen weniger aktiver Katalysator Pd(PPh 3 ) 4 Amatore, C.; Jutand, A.; Khalil, F.; M'Barki, M. A.; Mottier, L. rganometallics 1993, 12, S-5

37 1. Liganden chanismus der Transmetallierung 2 Pd II X 1 SnBu 2 Pd II 1 3 XSnBu 3 in der egel geschwindigkeitsbestimmend! Parameter I SnBu 3 Pd 2 (dba) 3 Ligand Ligand k rel P 3 < 0.1 Ph 3 P P Bindungsstärke des Liganden nimmt zu S-6 Ph 3 As 1100 Farina, V. Pure Appl. Chem. 1996, 68, 73.

38 chanismus der Transmetallierung 2 stufiger chnismus L Ph Pd II I K eq Ph Pd II I L L L 16-Elektronen je stärker L bindet, desto kleiner K eq Ph Pd II L I SnBu 3 Ph Pd II L Bu 3 SnI 14-Elektronen Die 14-Elektronen Species wird transmetalliert, nicht die 16-Elektronen Species! Farina, V. Pure Appl. Chem. 1996, 68, 73. S-7

39 Effekt von Cu(I) auf die Transmetallierung Ligand und Additiv k rel in Dioxan PPh 3 PPh 3, CuI AsPh 3 1 AsPh 3, CuI 1 CuI bindet gut an PPh 3 CuI bindet schwach an AsPh 3 CuI fängt PPh 3 ab, xidative Addition wird beschleunigt CuI NMP SnBu 3 Cu ISnBu 3 Cu transmetalliert zu Pd schneller als PhSnBu 3 CuI katalysiert die Transmetallierung L. S. Liebeskind, J. rg. Chem. 1990, 55, S-8

40 eduktive Eliminierung Ph Pd II L Ph Pd II L L L Ph Pd II L L 14-Elektronen schnell langsam Ph Pd II L L L Pd II L Ph Elektronenarme Pd(II)-Komplexe gehen schneller eine reduktive Eliminierung ein D. Milstein, J. K. Stille J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, S-9

41 1. alogenide: I > Br >> Cl Anwendungen der Stille eaction Et TIPS TIPS I SnBu 3 TBS Bn N Pd 2 (dba) 3, CdCl 2 i-prn(et 2 ) NMP 65 % Et TIPS TIPS N Bn CdCl 2 hat einen ähnlichen Effekt wie CuI TBS Evans, D. A.; Black, W. C. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, S-10

42 PtBu 3 und CsF in der Stille eaktion Pd 2 (dba) 3 (1.5 mol%) Cl SnBu 3 PtBu 3 (6 mol%) CsF (2.2 equiv) Dioxan, C h Bu n 2 N 87% 80% 82% 61% 71% Pd(Ac) 2 weniger geeignet als Pd 2 (dba) 3 G. Fu, Angew. Chem. 1999, 111, 2569 S-10a

43 PtBu 3 und CsF in der Stille eaktion Cl SnBu 3 Pd 2 (dba) 3 (1.5 mol%) PtBu 3 (6 mol%) CsF (2.2 equiv) Dioxan, 100 C Et 48 h Ph Bu n 98% 87% 94% 82% G. Fu, Angew. Chem. 1999, 111, 2569 S-10b

44 1. alogenide: Säurechloride Anwendungen der Stille eaktion 1 SnBu 3 2 Cl Pd catalyst 2 1 Cl SnBu 3 1 = Alkyl, Alkenyl, Aryl, Alkynyl, 2 = Alkyl, Alkenyl, Aryl, Alkynyl Pd-Katalysator nicht immer nötig N NBoc Sn 3 2 CCl Pd 2 dba 3 CCl 3 K 2 C 3 i-pr 2 NEt NBoc N 2 K 2 C 3 und i-pr 2 NEt wurden zur Stabilisierung des Ausgangsmaterials hinzugegeben Plunkett, M. J.; Ellman, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, S-11

45 PEG unterstützte Stille eaktion I Ph n Stille xn (n-bu) 3 SnPh n KCN/ transesterification n Ph Abfiltrieren aus Ether Janda, K. D. Chem. ev., 1997, 97, Janda, K. D. Chem. ev., 2002, ASAP. S-11-a

46 Solution Phase Combinatorial Synthesis I N 1 Pd(PPh 3 ) 4 2 BT Dioxan, 100 C 40-70% 1 2 N N 1 2 Bu 3 Sn SnBu 3 Bu t BT = Bu t I N 1 2 Pd/C, NEt 3 1 DMF, 100 C % N N 1 2 total of compounds D. Boger, J. rg. Chem. 1999, 64, 7094 S-11b

47 1. alogenide: Allylhalogenide Anwendungen der Stille eaktion X X = I, Br, Cl (sogar Ac) egioisomere möglich, in der egel erfolgt Substitution am primären C NBoc N N S Cl 1 SnBu 3 NBoc N N S 1 C 2 CPh 2 C 2 CPh 2 10 Beispiele, 60-98% V. Farina J. rg. Chem. 1990, 55, S-12

48 2. Triflate Anwendung der Stille eaktion LiNi-Pr 2 2. Tf 2 Tf = CF 3 S 2 Tf LiNi-Pr 2 (< 1 equivalent) 2. Tf 2 Tf 3 Sn Pd(PPh 3 ) 4 LiCl TF, Si 3 Si 3 Triflate als Ausgangsmaterialien für Stannane W. D. Wulff Tetrahedron Lett. 1988, 29, Tf 3 Sn Sn 3 Sn 3 Pd(PPh 3 ) 4 LiCl, Li 2 C 3 oder ( 3 Sn) 2 Cu(CN)Li 2 W. D. Wulff J. rg. Chem. 1986, 51, 277. S-13

49 Arylstannane I Bu 3 Sn PdCl 2 (PPh 2 ) 3 (3 mol%) KAc (3 equiv) NMP, aumtemp. 16 h 70-94% SnBu 3 3-9% Ar Ar 0% =,, N 2, C 2 Et, ArI ArSnBu 3 Pd(0) Bu 3 SnAc Ar-Pd-SnBu3 Ar-Pd-I KAc Bu 3 Sn Bu 3 Sn SnBu 3 Ar-Pd-Ac KI Y. Masuda, Synlett 2000, 1043 S-30b

50 Anwendungen der Stille eaktion 2. Triflate Tf Sn 3 (Ph 3 P) 4 Pd (cat.) 30 C 5 min 81% Dolastane Diterpen Piers, E.; Friesen,. W. J. rg. Chem. 1986, 51, Iodonium Verbindungen Ph I Ph Pd(CN) 2 Cl 2 BF 4 SnBu 3 DMF, 25 C Ph 79% S-14 P. J. Stang J. Am. Chem. Soc. 1993, 115,

51 Anwendungen der Stille eaktion 4. Alkylhalogenide: sind normalerweise nicht reaktiv genug Ausnahme: Ph Cl Pd(PPh 3 ) 4 Ph SnBu 3 Ph 65% Ph Stannane J.. Falck and C.. Mioskowski Tetrahedron Lett. 1992, 33, Aryl, Alkenyl und Alkynyl, aber nicht Alkyl können transferiert werden. 1. Probleme mit Alkylstannanen a. Alkylgruppen werden nur langsam transmetalliert; Ausnahme 4 Sn b. nach dem Transfer einer Gruppe group werden nachfolgende Übertragungen sehr langsam c. Selektivität problematisch: am schnellsten, 1 am zweitschnellsten (aber dennoch langsam) S-15

52 Anwendungen der Stille eaktion aktivierte Alkylstannane: SnBu 3 NC SnBu 3 Ye, J.; Bhatt,. K.; Falck, J.. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 1. TBS S N Br SnBu mol% Pd 2 (dba) % Trifurylphosphin 10 mol% CuI NMP TBS S N 37-49% Schmitz, W. D.; omo, D. Tetrahedron Lett. 1996, 37, S-16

53 Anwendungen der Stille eaktion (1) Intramolekulare Koordination N Pd(PPh 3 ) 4 X Br Sn X C Bu 64-86% X =, N 2 Bu Vedejs, E.; aight, A..; Moss, W.. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, cf: Brown, J. M.; Pearson, M.; Jastrzebski, J. T. B..; Van Koten, G. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1992, (2) Trichlorostannane C 2 BuSnCl 3 C 2 I K, 2 Bu 0.5 mol% PdCl 2 ai,.; Aubrecht, K. B.; Collum, D. B. Tetrahedron Lett. 1995, 36, % S-17

54 Anwendungen der Stille eaktion (3) Aminostannane I t-bu Sn N(Si 3) 2 N(Si 3 ) 2 Br 1 mol% Pd(PPh 3 ) 4 Bu 4 NF 101 C t-bu 76% Fouquet, E.; Pereyre, M.; odriguez, A. L. J. rg. Chem. 1997, 62, S-18

55 Stille Kupplung mit Phosphonaten KN(Si 3 ) 2 (Ph) 2 PCl 80% (Ph) 2 ()P P()(Ph) 2 Bu 3 Sn 10 mol% Pd(PPh 3 ) 4 6 equiv LiCl 97% K. C. Nicolaou J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, S-19

56 Stille Kupplungen mit allylischen Substraten Ac Ph 2 S S 2 Ph SnBu 3 Pd 2 (dba) 3 PPh 3 LiCl DMF- 2 91% Ph 2 S Ph 2 S ein Stereoisomer A. M. Echavarren J. rg. Chem. 1997, 62, CbzN N S Cl C 2 C 6 4 SnBu 3 CuI (1 equiv) NMP Terpyridin (1 equiv) 68% CbzN N S C 2 C 6 4 S. Torii J. rg. Chem. 1997, 62, S-20

57 Allyl-Transfer in der Stille eaktion PPh 3 Cl SnBu 3 Pd(0) Pd 1 kein Ligand N kein Ligand N 2 PPh 3 steuert die Chemoselektivität Yamamoto, Angew. Chem. 2001, 113, 3308 S-20a

58 Allyl-Transfer in der Stille eaktion Pd 2 (dba) 3 CCl 3 (5 mol%) Cl 88% Cl SnBu 3 Pd 2 (dba) 3 CCl 3 (5 mol%) PPh 3 (40 mol%) 73% Yamamoto, Angew. Chem. 2001, 113, 3308 S-20b

59 Stille Kupplungen Iminochloride Cl NPh Cl NPh PhSnBu 3 Pd 2 (dba) 3 AsPh 3 67% Ph NPh Ph NPh. Faust Tetrahedron Lett. 1997, 38, N Pyridine Br N Br N N Bu 3 Sn N Pd(PPh 3 ) 4 37% N N N Br N N T.. Kelly J. rg. Chem. 1997, 62, S-21

60 Stille Kupplungen Bu Sn Bu I Pd(PPh 3 ) 4 94% G. A. Kraus Tetrahedron Lett. 1996, 37, Br S PF 6 Ph SnBu mol% Pd 2 (dba) 3 trifurylphosphine Et 55 C 80% Br Ph L. S. Liebeskind J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, S-22

61 Stille Kupplungen ligomerisierungen BocN Bu 3 Sn S NBoc SnBu 3 BCN NBC Br Pd 2 (dba) 3 S Br AsPh 3 51% n = C M n = 9400 J. M. Tour J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, S-23

62 Stille Kupplungen Palladium / C als Katalysator I SnBu mol % Pd (10 mol % Pd/C) 10 mol % CuI 20 mol % AsPh 3 12 hrs. (88%) 3 C I 95 % trans SnBu mol % Pd (10 mol % Pd/C) 10 mol % CuI 20 mol % AsPh 3 16 hrs. 3 C (82 %) 100 % trans Liebeskind, L.,Tetrahedron Letters, 1995, 36, S-24

63 Stille Kupplungen mit zusätzlicher C Insertion 1 SnBu 3 2 X C Pd catalyst 1 2 X SnBu 3 2 = Aryl-, Alkyl-, Allylhalogenide und -triflate Ph I Ph SnBu 3 (PPh 3 ) 2 PdCl 2 11 bar C Ph Ph 70% J. K. Stille J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, Sn TIPS tbu N N N I 2.5 mol % Pd 2 (dba) 3 22% Ph 3 As C (12 bar) LiCl, NMP 70 o C 80% N N N TIPS tbu L. E. verman J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 3966 S-25

64 Nebenreaktionen in der Stille Kupplung 1. omokupplung der Stannane durch Pd(II) 1 SnBu 3 1 SnBu 3 Pd-Katalysator Luft 1 1 McDermott, T. S.; Mortlock, A. A.; eathcock, C.. J. rg. Chem. 1996, 61, thylierung der alogenids oder Triflats wenn 3 Sn als Kupplungsreagenz verwendet wird 3. Wanderung von Arylgruppen vom Liganden 3 Sn Br 5 mol% Pd(PPh 3 ) 4 DMF 105 C =, 22% =, 55% Segelstein, B. E.; Butler, T. W.; Chenard, B. L. J. rg. Chem. 1995, 60, 12. chanistische Studien 1. C.-. Cheng, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, J.. Norton, J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, B. M. Novak J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, S-26

65 Verwandte eaktionen zur Stille Kupplung 1. Pd und Ni-katalysierte Kupplungen mit reaktiveren rganometallverbindungen 1 X 2 M catalyst 1 2 X = Br, I, Tf 2 =Aryl, Alkenyl, Alkyl M = ZnX, MgX, Li, AlX 2, Cu, ZrX 2, etc. Katalysatoren: Pd(0) or Pd(II), Ni(II) ZnX wahrscheinlich am besten und einfachsten PMP TBS Li I Pd(PPh 3 ) 4 TBS 22 C 66% PMB PMP TBS TBS PMB Smith, III, A. B.; Qiu, Y.; Jones, D..; Kobayashi, K. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, S-27

66 Verwandte eaktionen zur Stille Kupplung 2. Pd oder Ni-katalysierte Kupplungen mit Alkylzinkverbindungen I Et (C 5 11 ) 2 Zn Ni(acac) 2 83% C 5 11 Et P. Knochel, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, Cuprate TBS I Cu(CN)Li 2 TBS keine Ausbeute angegeben J. A. Marshall J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 1186 ebenso: Tf 2 Cu(CN)Li 2 Eisenorganyle: T. Kauffmann Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1996, 35, 386. S-28

67 Verwandte eaktionen zur Stille Kupplung 4. Wenkert eaktion MgBr cat (Ph 3 P) 2 NiCl 2 92% P. Kociensky Tetrahedron Lett. 1988, 29, Cupfer ohne Pd oder Ni (1) Piers, E.; McEachern, E. J.; omero, M. A. Tetrahedron Lett. 1996, 37, (2) Piers, E.; omero, M. A. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, (3) Piers, E.; McEachern, E. J.; omero, M. A.; Gladstone, P. L. Can. J. Chem. 1997, 75, Sn 3 2 C Sn 3 CuCl (5 equiv) DMF, 50 C 96% 2 C chanismus 2 C Sn 3 Sn 3 Sn 3 Transmetallierung CuCl 2 C Cu 3 SnCl (beobachtet) S-29

68 Verwandte eaktionen zur Stille Kuppplung 6. Silizium analoge Stille Kupplung = iyama Kupplung I Si 3 Pd(Ac) 2 PPh 3 / DMF Et 3 N / 125 C 60% For a review, see: atanaka, Y.; iyama, T. Pure App. Chem. 1994, 66, (S) SiF 3 Tf Pd(PPh 3 ) 4 Bu 4 NF Lösungsmittel 60 C Lösungsmittel %ee Konfiguration TF 34 MPA/TF 8 DMF/TF 16 S S atanaka, Y.; iyama, T. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, S-30

69 Silanole Si I 1 Pd(PPh 3 ) 4 (5 mol%) Ag 2 (100 mol%) TF, 60 C, 36h 30-80% 1 = 2-, 4-, 4-CF 3 1 = 2-, 4-, 4-CF 3, 4-N 2, 4-Br, 4-Tf Bromide und Triflate sind keine guten Kupplungspartner Si 2 I Pd(PPh 3 ) 4 (5 mol%) Ag 2 (100 mol%) TF, 60 C, 36h 80% Si 2 Br Pd(PPh 3 ) 4 (5 mol%) Ag 2 (100 mol%) TF, 60 C, 14h A. Mori, rg. Lett. 1999, 1, % S-30a

70 Bildung von Aryl-Aryl-Bindungen Br 20 mol% Pd(PPh 3 ) 4 3 equiv Kt-Bu 2 NC 95 C 87% ortho Produkt ed. Elim. chanismus K Br Pd Pd Kt-Bu K Pd Br Ar 2 P Pd Pd P Ar 2 Cs 2 C 3 1 : 2 96% ortho para = ptimaler Katalysator Ar = o-tol V.. awal J. rg. Chem. 1997, 62, 2. S-31

71 Direkte Biarylkupplungen /TDAE 2 X PdCl 2 (PhCN) 2, TDAE (200 mol%) DMF, 50 C 52-98% X = Br, I TDAE = 2 N 2 N N 2 N 2 2 ±0 PdX Pd TDAE TDAE 2 1. Tanaka, Synlett 2002, 637 S-32

72 Die Suzuki eaktion

73 Suzuki Kupplung (wichtigste Alternative zur Stille Kupplung Stille eaction) eview: Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. ev. 1995, 95, Pd Katalysator 1 BL 2 2 X 1 2 Base Vorteile: Nachteil: 1. Borane sind leichter darstellbar und besser handhabbar als Stannane 2. Größere Vielseitigkeit 3. Borane sind ungifitg, Stannane oftmals sehr giftig Base ist notwendig Katalysezyklus 1 2 Pd(0)L n 2 X eduktive Eliminierung xidative Addition XBL 2 2 Pd II 1 2 Pd II X große Ähnlichkeit zur Stille Kupplung Transmetallierung 1 BL 2 Su-1

74 Suzuki Coupling eaction chanismus: Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. ev. 1995, 95, BL 2 2 Pd catalyst X 1 2 base Schrittweise Analyse des chanismus: 1. xidative Addition und reduktive Eliminierung sind identisch wie in der Stille eaktion 2. Transmetallaierung ist unterschiedlich normalerweise hat Pd ein alogenid koordiniert --> Base wird benötigt 2 Pd II X 1 BL 2 keine Transmetallierung X = Br, I aber 1 (L) 2 B Nu transmetalliert sehr schnell Nu = bases like K (aq), K 2 C 3 /, TlEt Su-2

75 Suzuki Kupplung 2. Transmetallierung wenn in der eaktion entsteht, muß keine Base zugesetzt werden Bu B Pd(PPh 3 ) 4 Ph, Bu 75% A. Suzuki J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 972 offensichtlich: L L 2 Pd II Ph 1 BL 2 2 Pd II 1 C 6 5 -BL 2 L L L = PPh 3 Kinetiken mit X B lassen vermuten, daß Ph das Boran angreift X = Ekektronenziehend und Schiebend Su-3

76 Suzuki Kupplung 2. Transmetallierung Alkoxid erzeugt Pd in situ 2 L Pd II X L L = PPh 3 L 2 Pd II X L diese Spezies geht die Transmetallierung ein Neue mechanistische Daten: Transmetallierung verläuft unter etention an der Alkylkomponente D D = TBDMS 9-BBN X 2 B D D I Pd(dppf)Cl 2 Na 51% D D etention der Konfiguration B.. idgway, K. A. Woerpel, J. rg. Chem. 1998, 63, 458. K. Matos, J. A. Soderquist J. rg. Chem. 1998, 63, 461. Su-4

77 1. Alkenyl Bor Verbindungen Anwendungen der Suzuki Kupplung Boronate sind besser als Alkylborbverbindungen Bu BX 2 I 3 mol% Pd(PPh 3 ) 4 2 M NaEt in Et C 6 6, Bu BX 2 Ausbeute E:Z B : 6 B(c-C 6 11 ) : 17 B(i-Pr) 2 98 >97 : 3 Die Ausbeuten sind niedrig mit Alkylboranen, da Protodeborierung durch NaEt auftritt! Geschwindigkeiten der Protodeborierung: 9-BBN > B(c-C 6 11 ) 2 > B() 2 Su-5

78 1. Alkenylborverbindungen Anwendungen der Suzuki Kupplung Tl als Base oftmals überlegen I Bn 2 CN Tl (10% aq) TBS TBS TBS TBS TBS TBS TBS TBS TBS TBS TBS B TBS TBS Ac TBS TBS TBS TBS TBS TBS TBS TBS 2 C TBS Pd(PPh 3 ) 4 exan, 25 C Ac 70% Y. Kishi J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 7525 Su-6

79 Anwendungen der Suzuki Kupplung 2. β-alocarbonylverbindungen Br Bu PdCl B 2 (PPh 3 ) 2 NaAc Bu A. Suzuki Bull. Chem. Soc. Jpn. 1987, 60, Arylborverbindungen sterische inderung kann problematisch sein, jedoch können auch in solchen Fällen gute Ergebnisse erzielt werden (C) 3 Cr Br B() 2 Pd(PPh 3 ) 4 Na 2 C 3, 2 96% (C) 3 Cr ein Stereoisomer heat 79% (C) 3 Cr 98 : 2 Stereoselektivität M. Uemura J. rg. Chem. 1996, 61, Su-7

80 Anwendungen der Suzuki Kupplung 4. Primäre Alkylborane PdCl 2 (dppf) in TF oder DMF ist optimal auch Pd(PPh 3 ) 4 kann eingesetzt werden, Lösungsmittel müssen dann aber C 6 6 oder Dioxan sein TBS I B C 2 PdCl 2 (dppf) Ph 3 As Cs 2 C 3 DMF/TF/ 2 25 C 70-80% TBS C 2 Johnson, C..; Braun, M. P. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, Triflate eview über sp 2 -Tf = itter, K. Synthesis 1993, 735. eaktivität: I > Br > Tf Su-8

81 Anwendungen der Suzuki Kupplung 6. sp 3 -sp 3 Kupplung problematisch 1. xidative Addition an primäre Alkylhalogenide ist sehr langsam; SET-chanismus 2 I Pd(0) 2 Pd(I) I Pd II I 2. Wenn die Transmetallierung langsam ist, treten reduktive Eliminierungen als Nebenreaktion auf L Pd II X β-hydrid Eliminierung möglich 2 7. Allylische Elektrophile X X = Cl, Br --> Base ist notwendig X = Ph, CEt --> keine Base notwendig Su-9

82 Festphasensynthese Anwendungen der Suzuki Kupplung N S N 1 Br 1 =,, Bn, Et, ipr 2 = () 2 CC 2, Ph, 4-Ph, 2,4-Cl 2 Ph alkyl 9-BBN or aryl boronic acid Pd(PPh 3 ) 4 2M Na 2 C 3 TF, 65 o C hr. N S N % 1 2 J.A. Ellman, J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, Br, I 5 mol. % Pd catalyst DME, 2M Na 2 C 3 X B() 2 Pd catalyst = Pd(Ph 3 P) 4, Pd(Ph 3 P) 2 Cl 2, Pd(Ph 3 P) 2 Br 2 X X =,,, F 82-95% W. Friesen, Tetrahedron Lett. 1994, 35, Su-10

83 Anwendungen der Suzuki Kupplung hrfachkupplungen X X DMG Z Y B() 2 Pd o /Na 2 C 3 DME, reflux Z Y DMG Y Z X = I, Br DMG = directed metalation group (dirigierende Gruppe) 69-90% ( CNEt 2, CN, MM, N 2 ) Z = MM, Y = TMS, C 2, V. Snieckus, Tetrahedron Lett. 1992, 33, Br Br Br Br Br Br B t-bu PdCl 2 (PPh 3 ) 2 Na Ph, TF 100 C 73% t-bu t-bu t-bu t-bu A. de ijere Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, t-bu t-bu Su-11

84 Anwendungen der Suzuki Kupplung eaktionen in wäßrigen dien Pd(Ac) 2 Bu B() 2 I TPPTS, wateracetonitrile, -(NiPr) 2 95% Bu TPPTS = sulfoniertes Triphenylphosphin J.P. Genet, Tetrahedron Lett. 1995, 35, N B() 2 Pd(Ac) 2 TPPTS, wateracetonitrile 2 N 82% J.P. Genet, Synlett. 1992, 715. Su-12

85 PEG, 2 und Mikrowellen in der Suzuki eaktion PEG X () 2 B Pd(Ac) 2 (5-10 mol%) K 2 C 3 (2.5 equiv), 2 PEG 1-8 min Mikrowelle X = I, Tf, Nf 80->95% Umsatz PEG-Anbindung zur Lösungsvermittlung in Wasser I () 2 B Pd(Ac) 2 (5-10 mol%) K 2 C 3 (2.5 equiv), min Mikrowelle PEG 59-78% Ausbeute PEG als Phasentransferkatalysator T. Schotten, J. rg. Chem. 1999, 64, 3885 Su-12a

86 Polymer-gebundene Katalysatoren in Wasser X 1 B() 2 Pd-PEP(2 mol%) K, 2, 25 C, 24h % X = Br, I Cl Pd PPh 2 Pd-PEP = PS N n Y. Uozumi, T. ayashi, J. rg. Chem. 1999, 64, 3384 Su-12b

87 NBu 4 Br in der Suzuki eaktion Br 1 B() 2 Pd(Ac) 2 (2 mol%) K 2 C 3, 2, 25 C, 2h NBu 4 Br % =, C S Br 1 B() 2 Pd(Ac) 2 (2 mol%) K 2 C 3, 2, 25 C, 2h NBu 4 Br % =, C J. C. Bussolari, rg. Lett. 1999, 1, 965 Su-12c

88 Cyclopropane Bu Anwendungen der Suzuki Kupplung B() 2 ArBr Pd(PPh 3 ) 4 K 3 P 4 Ph, 100 C Bu Ar 83-98% M.-Z. Deng J. Chem. Soc., Perkin I 1996, Ph B I Bn 10 mol% Pd(Ac) 2 K 2 C 3 Bu 4 NCl Ph, 100 C 84% Ph Bn A. Charette J. rg. Chem. 1996, 61, Bu B I Bn 10 mol% Pd(Ac) 2 50 mol% PPh 3 Kt-Bu DME, 80 C Bu Bn 69% A. B. Charette Tetrahedron Lett. 1997, 38, Su-13

89 Anwendungen der Suzuki Kupplung Diazoniumsalze N 2 Cl () 2 B Pd(Ac) 2 1,4-dioxane 22 C 79% Ph J.-P. Genêt Bull. Soc. Chim. Fr. 1996, 133, Chloraromaten Cl () 2 B 5 mol% PdCl 2 (PCy 3 ) 2 CsF, NMP 100 C 98% Ph W. Shen Tetrahedron Lett. 1997, 38, Su-14

90 P-Liganden in der Suzuki Kupplung Cl 1 B() 2 Pd(dba) 2 (0.5-1 mol%) Ligand (1.5-3 mol%) CsF (3 equiv) Dioxan oder Toluol, C h 3 C Ligand = P(Cy) 2 CF 3 CF 3 F 3 C F 3 C 92% 80% 91% 61% 96% X. Bei, A. S. Guram, J. rg. Chem. 1999, 64, 6797 Su-15

91 Carbenliganden in der Suzuki eaktion Cl 1 B() 2 Pd 2 (dba) 3 (1.5 mol%) Ligand (3 mol%) Cs 2 C 3 (3 equiv) Dioxan, 80 C h Ligand = N N Cs 2 C 3 N N Cl 2 C 96% 99% 88% 91% 99% M. L. Trudell, S. P. Nolan, J. rg. Chem. 1999, 64, 3804 Su16

92 PtBu 3 in der Suzuki eaktion Cl B() 2 PBu t 3 (3.6 mol%) Pd 2 (dba) 3 (1.5 mol% 1 Cs 2 C 3 (1.2 equiv) Dioxan, C 5 h CF 3 2 N 91% 86% 87% 89% 92% 82% 90% 87% G. Fu, Angew. Chem. 1998, 37, 3387; J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4020 Su-17

93 Sterisch gehinderte Phosphine in der Suzuki eaktion Cl B() 2 Ligand (2-3 mol%) Pd 2 (Ac) 2 (1-1.5 mol%) 1 KF (3 equiv) TF, aumtemp h P(tBu) 2 Ligand = NC 91% (2h) 91% 92% 96% S. L. Buchwald, Angew, Chem. 1999, 38, 2413 Su-18

94 Sterisch gehinderte Phosphine in der Suzuki eaktion Cl B() 2 Ligand (2 equiv ref. Pd) Pd(Ac) 2 K 3 P 4 (3 equiv) Toluol, 100 C 20 h Ligand = PBu 2 CN TN TN (Pd/Lig 1:4) TN TN TN M. Beller, Angew. Chem. 2000, 112, 4315 Su-19

95 Tetraphosphine in der Suzuki eaktion Cl B() 2 Ligand (2 equiv ref. Pd) [PdCl(C 3 5 ) 2 ] 2 K 2 C 3 (3 equiv) Xylol, 130 C 20 h Ph 2 P Ph 2 P Ligand = PPh 2 PPh 2 N 2 F 3 C 2 N NC TN TN TN 20 TN. Doucet, M. Santelli, Synlett 2001, 1458 Su-20

96 Aminierungen

97 Palladium-katalysierte Aminierungen S. L. Buchwald, Acc. Chem. es. 1998, 31, 805 J. F. artwig, Acc. Chem. es. 1998, 31, 852 Am-01

98 Pd-Aminierungen /P(o-tolyl) 3 Ph Ph P Pd C 3 Pd P Ph Ph C 3 Primäre Amine als Kupplungspartner geeignet für EWG- und ortho-substituierte Substrate S. L. Buchwald, Acc. Chem. es. 1998, 31, 805 Am-02

99 Intramolekulare Pd-Aminierungen / Pd(PPh 3 ) 4 X NBn n Pd(PPh 3 ) 4 Toluol K 2 C 3, NatBu 100 C N Bn n X = Br n = 1 (92%) n = 2 (87%) n = 3 (89%) X = I n = 1 (93%) Pd(PPh 3 ) 4 ist ein effektiver Katalysator im Gegensatz zur intermolekularen Variante S. L. Buchwald, Acc. Chem. es. 1998, 31, 805 Am-03

100 Pd-Aminierungen / BINAP (±)-BINAP vor allem bei prim ären Aminen P(o-tolyl) 3 überlegen S. L. Buchwald, Acc. Chem. es. 1998, 31, 805 Am-04

101 Pd-Aminierungen / BINAP N 2 Br Pd 2 (dba) 3 / (±)-BINAP NatBu, Toluol, 100 C N Ph Ph acemisierung mit P(o-tolyl) 3 S. L. Buchwald, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 8451 Am-05

102 Pd-Aminierungen / Triflate Cs 2 C 3 als Base entscheidend für die Kupplung von Triflaten S. L. Buchwald, Acc. Chem. es. 1998, 31, 805 Am-06

103 Pd-Aminierungen / Chloraromaten Cl 1 N 2 Pd(Ac) 2 (1-2 mol%) Ligand (2-4 mol%) NatBu (1.4 equiv) Toluol, aumtemp 1 N h P(tBu) 2 Ligand = NPh N N NBn 98% 94% 90% 99% S. L. Buchwald, Angew, Chem. 1999, 38, 2413 Am-07

104 Pd-Aminierungen / PtBu 3 Br 1 N 2 Pd(dba) 2 (1-2 mol%) PtBu 3 ( mol%) NatBu (1.5 equiv) Toluol, aumtemp 1 N h Chloraromaten reagieren bei C NPh NBu 2 N Ph 2 N NPh 2 99% 90% 90% 85% X X = Br. Cl 2 N tbu Pd(dba) 2 (1-2 mol%) PtBu 3 (2-4 mol%) NatBu (1.5 equiv) Toluol, 100 C 2-24 h N 59-86% tbu J. F. artwig, J. rg. Chem. 1999, 64, 5575 Am-08

105 Alkinkupplungen

106 Palladium-katalysierte Alkinkupplungen eview:. ossi rg. Prep. Proc. Intl. 1995, 27, 127. A. Castro-Stevens Kupplung 1 Cu I B. The Sonogashira-agihara Kupplung 1 X X = I, Br, Cl PdCl 2 (PPh 3 ) 2 (2 mol%) CuI oder CuAc(1 mol%) Amin = Et 2 N, Et 3 N oder 25 C N Lösungsmittel (wichtig!): Amin, TF(!) chanismus: ähnlich wie Suzuki und Stille, aber mit rganokupferverbindung CuI 1 1 Cu Diese Species wird transmetalliert A-1

107 Sonogashira-agihara Kupplung 1. eaktivität der alogenkomponente I = > ArI > > ArBr Br Cl 2 1 Br Pd(PPh 3 ) 2 Cl 2 (cat) CuI (cat) 1 2 Et 3 N, TF 1 2 thode* Bedingungen Ausbeute [%] 4-C 4-C 2-C 2 3-C 2 4-C 2 4-C 4-C 4-C 3 Si 3 Si 3 Si 3 Si 3 Si n-bu Ph Ph A A B B B B B B 25 C / 1h 25 C / 1h 25 C / 16h 25 C / 16h 25 C / 16h 25 C / 16h 25 C / 16h 25 C / 16h N. Krause et al, J. rg. Chem. 1998, A-2

108 Sonogashira-agihara Kupplung 2. Triflate Ph Tf C 2 Et Ph PdCl 2 (PPh 3 ) 2, CuI 2,6-Lutidin 88% C 2 Et I. Saito, Tetrahedron Lett. 1996, 37, 605 Tf SiPh 2 Bu Pd(PPh 3 ) 4 (10%), AgI (20%) DIPEA, DMF, 20h, 78% SiPh 2 Bu P. Pale, Tetrahedron Lett. 1996, 37, 2019 A-3

109 Sonogashira-agihara Kupplung 4. eaktivität Katalysator / Amin C 5 11 C 5 11 Cl [Pd] (5%), CuI (10%), Amin, T C 5 11 C 5 11 [Pd] Amin Zeit [h] Ausbeute [%] PdCl 2 (PhCN) 2 Piperidin PdCl 2 (PPh 3 ) 2 Piperidin Pd(PPh 3 ) 4 Piperidin Pd(PPh 3 ) 4 n-prn M. Alami, G. Linstrumelle, Tetrahedron Lett. 1991, 32, 6109 A-4

110 Palladium-katalysierte Akinkupplungen TBDMS N Cl 5 mol% Pd(Ac) 2 TBDMS N TBDMS (2 equiv) Si 3 25 mol% PPh 3 20% CuI BuN 2 C 6 6 TBDMS Si 3 76% K. C. Nicolaou, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, I TBS PdCl 2 (PPh 3 ) 2 CuI i-prn 2 54% TBS C.. Johnson J. rg. Chem. 1997, 62, A-5

111 Palladium-katalysierte Akinkupplungen erminale Acetylene X Si 3 PdCl 2 (PPh 3 ) 2, CuI NEt 3 oder Pyridin, T bis 60 C Si % = Aryl, Alkenyl K / T, 1h 79-94% [auch Fluorid möglich] Synthesis 1980, Tetrahedron Lett. 1993, 34, eview: K. Sonogashira in Comprehensive rganic Synthesis 1990, Vol. 3 (Pergamon), A-6

112 Palladium-katalysierte Akinkupplungen erminale Acetylene 3 Si Br Br Si 3 Si i Pr 3 1) Pd(0) / Cu(I) 2) K 2 C 3, Pr 3 i Si Si i Pr 3 F. Diederich, Angew. Chem. 1993, 105, Br Br Br Br Br Br Si 3 1) Pd(0) / Cu(I) 2) K, 28% K.P.C. Vollhart, Angew. Chem. 1986, 25, A-7

113 Palladium-katalysierte Akinkupplungen erminale Acetylene; andere Schutzgruppen als TMS ArX Pd(0) / Cu(I) Ar K Ar 2-thyl-3-butyn-2-ol J. rg. Chem. 1985, 50, 1763 Synthesis 1996, 589 Pd(PPh 3 ) 4 Br Na, G. Instrumelle, Tetrahedron 1988, 44, A-8

114 Isoquinoline 1 N But 2 X 1. PdCl 2 (PPh 3 ) 2 (2 mol%) CuI (1 mol%), NEt 1 N But 3, 55 C 2. CuI (10 mol%, 100 C) 72-91% N X = I, Br Br N But 1. PdCl 2 (PPh 3 ) 2 (2 mol%) CuI (1 mol%), NEt 3, 55 C 2. CuI (10 mol%, 100 C) N 55% Ph I N But Ph 1. PdCl 2 (PPh 3 ) 2 (2 mol%) CuI (1 mol%), NEt 3, 55 C 2. CuI (10 mol%, 100 C) Ph N Ph 57%. Larock, rg. Lett. 1999, 1, 553 A-8a

115 Palladium-katalysierte Akinkupplungen Alkynylzinkverbindungen M = Li, MgBr M ZnCl 2 1 X ClZn Pd(PPh 3 ) C, TF 1 1 = Aryl, Vinyl X = Br, I E. Negishi, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1977, E. Negishi, J. rg. Chem. 1978, 43, Br Br Si 3 Si 3 Pd(PPh 3 ) 4 ClZn TF 20 bis 0 C Si 3 Br Si 3. osshi, Tetrahedron Lett. 1988, 29, 2239 A-9

116 Palladium-katalysierte Akinkupplungen Alkynylzinkverbindungen I C 2 ClZn (3 equiv) PdCl 2 (CN) 2 DMF, Et 2, T C 2 (E) oder (Z), eaktion ist stereospezifisch A. Duchene, Synthesis 1996, n-buli 2. ZnCl 2 3. IC=CCl Pd(PPh 3 ) 4 Cl (1) NaN 2 / N 3 (2) E. Negishi, J. rg. Chem. 1984, 49, 2629 A-10

117 Palladium-katalysierte Akinkupplungen Alkynylzinnverbindungen M = Li, MgBr M Bu 3 SnCl 1 X Bu 3 Sn Pd(0) T, TF, DMF oder MPA 1 1 = Aryl, Vinyl X = I > Br > Tf >> Cl bei Zusatz von LiCl: I > Tf >Br >> Cl Kein Amin und kein Cu(I) nötig! Ligandenfreie Katalyatoren wie PdCl 2 (C 3 CN) 2 oftmals reaktiver als Pd(PPh 3 ) 4 I. Beletskaya, Doke. Akad. Nauk. SSS 1983, 272, 1384 J. K. Stille, Tetrahedron Lett. 1988, 29, 1509 A-11

118 Palladium-katalysierte Akinkupplungen Alkynylzinnverbindungen Tf Bu 3 Sn Si 3 Pd(PPh 3 ) 4 / LiCl TF, T, 41h, 90% Si 3 J. K. Stille, J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, X I Ph Bu 3 Sn X I Ph 2 Tf Bn(PPh 3 ) 2 PdCl (5%) CuI (8%) DMF, T P. Stang, J. rg. Chem. 1996, 61, 6162 A-12

119 Palladium-katalysierte Akinkupplungen Alkynylzinnverbindungen Latent basenempfindliche Substrate - Sonogashira Kupplung nicht möglich! 2 C Br Br C 2 Bu 3 Sn Ph PdCl 2 (PPh 3 ) 2, TF 25 C, 72h, 92% 2 C Ph Ph C 2 F. Diederich, Angew. Chem. 1992, 104, I Bu 3 Sn PdCl 2 (PPh 3 ) 2 / CuI TF, T, 2h, 70-74%. J. K. Taylor, Tetrahedron Lett. 1996, 37, K. gasahara, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1996, A-13

120 Alkynylmagnesiumverbindungen Palladium-katalysierte Akinkupplungen 1 X BrMg cat. Pd(0) oder cat. Ni(0) 1 G. Linstrumelle, Tetrahedron Lett. 1978, 191. ossi, Tetrahedron 1984, 40, 2773 Cl Cl BrMg Si 3 Ni(dppp)Cl 2 3 Si Si 3 (E) oder (Z), eaktion ist stereospezifisch F. Wudl, J. rg. Chem. 1984, 49, 4733 A-14

121 Alkynylmagnesiumverbindungen Palladium-katalysierte Akinkupplungen Tf Tf Ph 3 Si MgBr PdCl 2 [L*] / LiBr Ph 3 Si Tf bis zu >99%ee N Pd P Cl Cl T. ayashi, Tetrahedron Lett. 1996, 37, 3161 A-15

122 2-Alkynylverbindungen (Propargyl) Palladium-katalysierte Akinkupplungen 2 1 X 4 3 X = Cl, Ac, C 2 CuI Pd(0) 1 2 Cu 3 PdX Et Cl Bu C 5 11 Pd(PPh 3 ) 4, CuI (i-pr) 2 N Et Bu 91% C 5 11 J. Tsuji, Tetrahedron Lett. 1990, 31, 7179 J. Tsuji, J. rganomet. Chem. 1991, 417, 305 A-16

123 2-Alkynylverbindungen (Propargyl) Palladium-katalysierte Akinkupplungen Zink TMS ZnCl Pd(PPh 3 ) 4 TF, 85% TMS. Kleijn, ecl. Trav. Chim. Pays-Bas 1982, 101, 97 Ac Bu C 5 11 Pd(PPh 3 ) 4, (CuI) TF, ZnCl 2, 65 C, 74% Bu C 5 11 G. Linstrumelle, Tetrahedron Lett. 1993, 34, 3853 A-17

124 Alken / Alkin Trimerisierungen

125 Alkin/Alken-Trimerisierungen Prinzipien (1) Alkin-Trimerisierungen Katalysator bzw. diator (2) Alkin/Alken-Trimerisierungen Katalysator bzw. diator Katalysatoren: h, Pd diatoren: Co, Zr T-1

126 Alkin/Alken-Trimerisierungen chanismen (1) Alkin-Trimerisierungen ML n ML n ML n L n M (2) Alkin/Alken-Trimerisierungen ML n ML n ML n ML n T-2

127 Alkin/Alken-Trimerisierungen (1) Alkin-Trimerisierungen Cobalt CpCo(PPh 3 ) Ph 3 P 1 CpCo % Kuramitsu, T.; Yamazaki,.; Wakatsuki, Y. Tetrahedron Lett. 1974, N 3 Si Si 3 N Si 3 CpCo(C) 2 93% Si 3 Si 3 illard,.; Parnell, C.; K. P. C. Vollhardt Tetrahedron 1983, 39, 905 T-3

128 Alkin/Alken-Trimerisierungen (1) Alkin-Trimerisierungen mit Nitrilen Cobalt X CN N 2 CpCo(CD) 14 atm 140 C X N N 2 X =, 85% X = Cl, 75% X = Br, 70% C. Bottehi J. rg. Chem. 1994, 59, (1) Alkin-Trimerisierungen mit Isonitrilen Cobalt X N C X= 2, () 2 ' CpCo(C) 2 m-xylene,, hυ 3-5h 66-94% X N ' Earl,.; Vollhardt, K. P. C., J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 6991 T-4

129 Alkin/Alken-Trimerisierungen (1) Alkin-Trimerisierungen hodium h(pph 3 ) 3 Cl (cat) Et, 1h, 40 C =, 79% = 59% h(pph 3 ) 3 Cl (cat) 2h, 25 o C 75%. Grigg, Tetrahedron Lett. 1982, 23, 2691 T-5

130 Alkin/Alken-Trimerisierungen hodium (1) Alkin-Trimerisierungen 0.2 eq Clh(PPh 3 ) 3 Et, 78 C = TBDPS, 35% = Ac, 58% Bn Bn Bn Bn Acetylen in Et 0.1 eq Clh(PPh 3 ) 3, 0 C 89% Bn Bn Bn Bn Zhu,.; olmquist, C.; McDonald,F. E. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6605 T-6

131 Alkin/Alken-Trimerisierungen uthenium (1) Alkin-Trimerisierungen tathese [u] Ph [u] [u] [u] Ph Ph ul n = PhC 2 =u(pcy 3 ) 2 Cl 2 S. Blechert Chem. Commun. 1997, T-7

132 Alkin/Alken-Trimerisierungen uthenium (1) Alkin-Trimerisierungen Ts N Ph 5 mol% ul n Ts N Ph 74% 5 mol% ul n 68% ul n = PhC 2 =u(pcy 3 ) 2 Cl 2 S. Blechert Chem. Commun. 1997, T-8

133 Alkin/Alken-Trimerisierungen (1) Alkin-Trimerisierungen hodium NAc C 2 Et (PPh 3 ) 3 hcl 80 C 81% NAc C 2 Et S. Kotha Tetrahedron Lett. 1997, 38, (2) Alkin/Alken-Trimerisierungen Palladium Bn 3 Si Si 3 Pd(PPh 3 ) 4 65 C 86% 3 Si Si 3 Bn Y. Yamamoto J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, T-9

134 Alkin/Alken-Trimerisierungen Zirkon (1) Alkin-Alken-Schwefel-Trimerisierung 1 BuLi Li 1 Cp 2 Zr()Cl Cp 2 Zr 1 C Cp 2 Zr 1 TMS 4 TMS Cp 2 Zr 1 SCl 2, TF TMS S % 4 2 Fang, Q.; Buchwald,S. L. J. rg. Chem. 1989, 54, 2793 T-10

135 hodiumcarben- Alkinkupplungen

136 h-katalysierte Carben-Alkinkupplungen Prinzipielle eaktionsmöglichkeiten N 2 h 2 (Ac) 4 hl n hl n L n h L n h L n h h-carbenoide können (1) nucleophil von hrfachbindungssystemen (Alkene, Alkine) (2) nucloephil von Carbonylsauerstoffatomen angegriffen werden h-1

137 h-katalysierte Carben-Alkinkupplungen Et L n h Et Et N 2 5 mol % h 2 (Ac) 4 72% Ph N 2 5 mol % h 2 (Ac) 4 L n h Ph 3 C Ph C 3 N 2 5 mol % h 2 (Ac) 4 L n h C 3 C 3 N N 3 C N Erfolg der Cyclisierungen von der Vorzugskonformation abhängig A. Padwa J. rg. Chem. 1993, 58, 21. h-2