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Mikrowellen interagieren mit Materialien durch ionische Leitung oder dipolare Polarisation, um eine schnelle und homogene Erwärmung zu ermöglichen. Mikrowellenunterstützte organische Reaktionen haben in Forschungslaboratorien nach dem ersten Bericht über die schnelle organische Synthese 1986 an Popularität gewonnen1. Obwohl die genaue Art der Mikrowellenheizung nicht klar ist und das Vorhandensein eines "nichtthermalen" Mikrowelleneffekts noch diskutiert wird, wurden signifikante Ratenverbesserungen für Mikrowellen-unterstützte organische Reaktionen beobachtet und berichtet2. Sluggish Reaktionen, die normalerweise Stunden oder Tage dauern, um zu beenden, wurden berichtet, innerhalb von Minuten unter Mikrowellenbestrahlung3,4,5,6abgeschlossen werden. Schwierige organische Reaktionen, die eine hohe Aktivierungsenergie erfordern, wie Zimperisierungen und der Bau von sterisch behinderten Stellen, wurden berichtet, dass sie unter Mikrowellenbestrahlung mit verbesserter Reaktionsausbeute und Reinheit7erfolgreich waren. In Kombination mit anderen Merkmalen wie lösungsmittelfreien Reaktionen und Dominoreaktionen bietet die Mikrowellen-gestützte organische Synthese unvergleichliche Vorteile bei der Gestaltung umweltfreundlicher Reaktionen.
Im Gegensatz zu seinem Arylationsäquivalent, das weithin untersucht wurde, wurde die Heteroarylation, insbesondere auf dem '-C(sp3) von Carbonylverbindungen, selten in der Literatur berichtet8,9,10. Die wenigen Literaturberichte über die Heteroarylation von Carbonylverbindungen wiesen große Einschränkungen auf, wie z. B. eine stoichiometrische Menge an Katalysatoren, einen engen Substratumfang und die Isolierung der Reaktionszwischenprodukte11,12,13. Es gibt mehrere Herausforderungen für die direkte A-Heteroarylation von Ketonen, die noch gelöst werden müssen, um es zu einem allgemeinen Ansatz zu machen. Zunächst neigen Heteroatome dazu, sich mit dem Übergangsmetallkatalysator zu koordinieren und eine Katalysatorvergiftung zu verursachen14,15. Zweitens ist das A-H im Mono(Hetero-)Arylationsprodukt saurer als das im Ausgangsmaterial. Daher neigt sie dazu, weiter zu reagieren, um die unerwünschten (Bishetero)arylation oder (multihetero)arylation Produkte zu machen. Drittens haben Carbonylverbindungen oft niedrigere Kosten als heteroaryl Verbindungen, so dass es praktisch ist, überschüssige Carbonylverbindungen zu verwenden, um die Reaktion bis zur Vollendung anzutreiben. Überschüssige Carbonylverbindungen würden jedoch häufig zu Selbstkondensation führen, ein häufig auftretendes Problem bei der Übergangmetallkatalystik von Carbonylverbindungen.
In diesem Bericht beschreiben wir unsere jüngste Studie zur direkten Heteroarylation von Ketonen mit Hilfe eines Mikrowellen-unterstützten Reaktionsprotokolls. Um der ersten Herausforderung zu begegnen, wurden die oben diskutierten Katalysatorvergiftungen, stark koordinierende und sterisch behinderte Liganden eingesetzt, um die Katalysatorvergiftung durch Heteroatome zu minimieren. Auch sperrige Liganden sollten die Obenauftreten verlangsamen, wie z. B. (Bishetero-)Arylation oder (Multihetero-)Arylation16,17, die zweite oben erwähnte Herausforderung. Um die Wirkung der dritten Herausforderung, der Bildung der Keton-Selbstkondensations-Seitenprodukte, zu minimieren, wurden mehr als 2 Äquivalente der Basis verwendet, um Ketone in ihre entsprechenden Enolate umzuwandeln. Die lange Reaktionszeit und die hohe Reaktionstemperatur, zusammen mit den Herausforderungen, die speziell mit der direkten Heteroarylation von Ketonen verbunden sind, machen sie zu einem geeigneten Kandidaten für die Mikrowellen-gestützte organische Syntheseforschung.