Prekatalizatory Buchwald G6: Kompleksy addycji oksydacyjnej

Przegląd sekcji

• Distinct Advantages of Buchwald G6 Precatalysts
• Representative Coupling Applications and Reaction Scope
• Related Materials

Wydajne generowanie aktywnych form L-Pd(0) ma kluczowe znaczenie dla rozwoju wydajnych i solidnych reakcji sprzęgania krzyżowego.¹ Dlatego prekatalizatory z ligandem wstępnie związanym z centrum metalu zazwyczaj zapewniają wyższą aktywność, krótszy czas reakcji i mniejsze obciążenie katalizatora niż podobny system katalizatora, który wymaga koordynacji ligandu in situ z centrum metalu.

Buchwald i współpracownicy opracowali rodzinę prekatalizatorów Pd(0) opartych na palladacylach Pd(II) z ligandami chelatującymi N,C (Rysunek 1). Ta rodzina prekatalizatorów składa się z pięciu generacji (od G1 do G5), które wyróżniają się zmianami strukturalnymi w stosunku do N,C-chelatującego liganda i/lub anionu X. Chociaż tryb aktywacji jest taki sam dla każdej generacji prekatalizatora: deprotonacja azotu prowadzi do redukcyjnej eliminacji i generowania L-Pd(0); każda generacja ma unikalne zalety i wady, które zostały opisane we wcześniej opublikowanych Technology Spotlights.^2,3

Rysunek 1. Ogólne struktury prekatalizatorów Buchwalda od G1 do G5 (L = ligand)

Prekatalizatory Buchwald G6 to kompleksy addycji oksydacyjnej (OAC), które wykazują te same zalety, co poprzednie generacje prekatalizatorów Buchwald: ilościowe wytwarzanie L-Pd(0), stabilność termiczna, stabilność w powietrzu, stabilność w wilgoci, łatwość obsługi i wysoka wydajność (Rysunek 2).⁴ Ponadto, prekatalizatory Buchwalda G6 wykazują szereg zalet w porównaniu z poprzednimi generacjami prekatalizatorów Buchwalda.

Distinct Advantages of Buchwald G6 Precatalysts

• Aktywacja katalizatora nie wymaga zasady i generuje nieszkodliwe produkty uboczne.
• Prekatalizatory OAC są półproduktami "w cyklu", które zazwyczaj mają wyższą reaktywność i selektywność.
• Synteza prekatalizatora jest wykonywana w jednym etapie w temperaturze pokojowej.
• Wszechstronny i przestrajalny projekt prekatalizatora:
  • Każdy z trzech typów ligandów (X, L i Ar) może być niezależnie dostrojony, aby stworzyć niemal nieskończoną liczbę odmian prekatalizatorów
  • Lepszą rozpuszczalność, większą stabilność, zwiększoną reaktywność i/lub łatwiejsze oczyszczanie można osiągnąć poprzez zaprojektowanie lub wybór X, L i Ar
  • Bulky ligandów (np.g., t BuBrettPhos, AdBrettPhos i AlPhos) są łatwo akceptowane przez prekatalizatory G6

Rysunek 2. Ogólna struktura i przykłady katalogowe prekatalizatorów Buchwald G6

Representative Coupling Applications and Reaction Scope

Prekatalizatory Buchwald G6 i inne OAC zostały zastosowane jako skuteczne katalizatory do tworzenia wiązań C-C, C-N, C-O, C-F i C-S.^4-9 Badania przesiewowe i porównawcze różnych systemów katalitycznych i prekatalizatorów zazwyczaj pokazują, że prekatalizatory OAC mają lepszą reaktywność, selektywność, zakres reakcji i/lub wydajność.

Fluorowanie bromków arylowych⁴

Fluorowanie triflanów arylowych⁴

Arylacja estrów aminokwasów⁴

Sprzęganie alkoholi i wodorotlenków⁴

Aminacja Buchwalda-Hartwiga aniliny⁵

Buchwald-Hartwig Amination⁶

Buchwald-Hartwig Amination⁷

Sprzęgło Suzuki-Miyaura⁸

Alifatyczne sprzęganie tiolowe hetero(arylo)bromków⁹

Buchwald-Hartwig Amination of Base-sensitive Five-membered Heteroaryl Halides and Aliphatic Amines¹¹

Referencje

1. Shaughnessy KH. 2019. Development of Palladium Precatalysts that Efficiently Generate LPd(0) Active Species. Isr. J. Chem.. 60(3-4):180-194. https://doi.org/10.1002/ijch.201900067

2. 2011. Technology Spotlight: 2nd Generation Buchwald Precatalysts. [Internet]. Available from: http://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/technical-article/chemistry-and-synthesis/cross-coupling/2nd-generation-buchwald-precatalysts

3. 2015. Technology Spotlight: G3 and G4 Buchwald Precatalyst. [Internet]. Available from: https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/technical-article/chemistry-and-synthesis/cross-coupling/g3-and-g4-buchwald-precatalysts

4. Ingoglia BT, Buchwald SL. 2017. Oxidative Addition Complexes as Precatalysts for Cross-Coupling Reactions Requiring Extremely Bulky Biarylphosphine Ligands. Org. Lett.. 19(11):2853-2856. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.7b01082

5. Dennis JM, White NA, Liu RY, Buchwald SL. 2018. Breaking the Base Barrier: An Electron-Deficient Palladium Catalyst Enables the Use of a Common Soluble Base in C-N Coupling. J. Am. Chem. Soc.. 140(13):4721-4725. https://doi.org/10.1021/jacs.8b01696

6. Baumgartner LM, Dennis JM, White NA, Buchwald SL, Jensen KF. 2019. Use of a Droplet Platform To Optimize Pd-Catalyzed C-N Coupling Reactions Promoted by Organic Bases. Org. Process Res. Dev.. 23(8):1594-1601. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00236

7. McCann SD, Reichert EC, Arrechea PL, Buchwald SL. 2020. Development of an Aryl Amination Catalyst with Broad Scope Guided by Consideration of Catalyst Stability. J. Am. Chem. Soc.. 142(35):15027-15037. https://doi.org/10.1021/jacs.0c06139

8. Chen L, Francis H, Carrow BP. 2018. An "On-Cycle" Precatalyst Enables Room-Temperature Polyfluoroarylation Using Sensitive Boronic Acids. ACS Catal.. 8(4):2989-2994. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b00341

9. Xu J, Liu RY, Yeung CS, Buchwald SL. 2019. Monophosphine Ligands Promote Pd-Catalyzed C-S Cross-Coupling Reactions at Room Temperature with Soluble Bases. ACS Catal.. 9(7):6461-6466. https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01913

10. King RP, Krska SW, Buchwald SL. 2021. A Neophyl Palladacycle as an Air- and Thermally Stable Precursor to Oxidative Addition Complexes. Org. Lett.. 23(20):7927-7932. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.1c02307

11. Reichert EC, Feng K, Sather AC, Buchwald SL. 2023. Pd-Catalyzed Amination of Base-Sensitive Five-Membered Heteroaryl Halides with Aliphatic Amines. J. Am. Chem. Soc.. 145(6):3323-3329. https://doi.org/10.1021/jacs.2c13520