Diklorokomplex {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) är ett lättillgängligt, billigt och luft stabil, men i hög grad aktiva Heck katalysator med en utmärkt funktionell grupp tolerans som effektivt fungerar under milda reaktionsbetingelser för att ge kopplings produkter i mycket höga utbyten.
Diklor-bis (aminophosphine) komplex av palladium med den allmänna formeln [(P {(NC 5 H 10) 3 – N (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (där n = 0-2 ), tillhör en ny familj av lätt åtkomlig, mycket billigt, och luft stabil, men mycket aktiva och allmänt tillämpliga CC korskopplings katalysatorer med en utmärkt funktionell grupp tolerans. Diklor {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1), den minst stabila komplex inom denna serie mot protoner, t ex i form av vatten, ger ett lättat nanopartikelbildning och därmed visat sig vara den mest aktiva Heck katalysator inom denna serie vid 100 ° C och är en mycket sällsynt exempel på en effektiv och mångsidig katalysatorsystem som effektivt arbetar under milda reaktionsbetingelser. Snabb och fullständig catalyst nedbrytning under arbets-up villkor i fosfonater, piperidinium salter och andra, palladiuminnehållande nedbrytningsprodukter försäkrar en enkel uppdelning av kopplingsprodukter från katalysator och ligander. Den facile, billig och snabb syntes av 1,1 ', 1 "- (phosphinetriyl) tripiperidine och en respektive, enkel och bekväm användning samt dess utmärkta katalytiska funktion vid Heck-reaktionen vid 100 ° C gör en till en av de mest attraktiva och grönaste Heck katalysatorer tillgängliga.
Vi tillhandahåller här visualiseras protokollen för ligand-och katalysatorsynteser liksom reaktionsprotokoll för Heck-reaktioner utförda vid 10 mmol-skala vid 100 ° C, och visar att denna katalysator är lämplig för dess användning i organiska synteser.
Palladiumkatalyse CC korskopplingsreaktioner, vilket erkändes av tilldelningen av Nobelpriset i kemi i december 2010, numera hör till ett oumbärligt verktyg för målinriktad syntes av komplexa organiska molekyler inom alla forskningsområden och industriella segment. Den Mizoroki-Heck-reaktionen till exempel, gör att kopplingen av olefiner med arylhalider i närvaro av en bas och är numera den mest populära metoden för beredningen av vinylbenzenes (Figur 1). Heck-reaktionen har demonstrerats att finna bred användbarhet i både den totala syntesen av naturliga produkter i den akademiska världen och syntes i farmaceutiska och agrokemiska industrin 1-10.
Figur 1. Allmän Heck korskopplingsreaktion mellan en arylbromid och en olefin. Klicka här för att visa en större bild.
Taxol, en mitotisk inhibitor används vid cancerkemoterapi, Singulair, astmaläkemedel och herbiciden prosulfuron liksom cykloten, en monomer för högpresterande elektroniska hartser är exempel som har med framgång framställts inklusive en Heck-Mizoroki korskopplingssteg i deras synteser (Figur 2) 11-14.
Figur 2. Exempel på industriellt relevanta organiska föreningar som innefattar en palladiumkatalyserade Heck korskopplingen som viktigt steg i deras syntes.ghres.jpg "TARGET =" _blank "> Klicka här för att visa en större bild.
Även om den senaste tidens utveckling har väsentligt ökat aktiviteten hos Heck katalysatorer 15-29, en typisk reaktion protokoll med arylbromider som substrat kräver fortfarande höga reaktionstemperaturer (140 ° C), katalysatorbelastningar i intervallet 1 mol% och reaktionstider på upp till 24 tim. Dessutom är modifierade reaktionsbetingelser, inklusive reaktionstemperatur, katalysatorbelastningar, baser, lösningsmedel och tillsatser, t ex ofta rapporterade, vilket innebär att dessa protokoll sällan kommer att finna sin tillämpning i organiska synteser grund av brist på generalitet. Dessutom är de flesta katalysatorer kräver flera reaktionssteg för deras syntes och därmed är tidsödande och låg avkastning. Dessutom är inert atmosphere tekniker och dyrbara utgångsmaterial av dålig stabilitet som ofta används för deras framställning. Detta hänvisar till behovet av nya och förbättrade, billigt och lätt tillgänglig, sbord och gröna men reaktiva och allmänna tillämpliga Heck katalysatorer med hög funktionell grupp tolerans som effektivt och tillförlitligt fungerar vid låga katalysatorbelastningar med allmänna gällande reaktionsprotokoll.
Diklor-bis (aminophosphine)-komplex av palladium har nyligen introducerats som lätt tillgängliga, billiga och flyg stabil men mycket aktiva CC korskopplings katalysatorer med utmärkt funktionell grupp tolerans 30-34, varav diklor {bis [1,1 ', 1' '- (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) har visat sig vara en mycket effektiv, pålitlig och mångsidig Heck katalysator som effektivt arbetar vid 100 ° C . 35 1 kvantitativt beredd inom bara några minuter genom behandling av THF suspensioner av [Pd (Cl) 2 (COD)] (torsk = cyklookta-1 ,5-dien) med 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl ) tripiperidine i luftatmosfär vid 25 °C. 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine ades respektive ligand systemet uppnås i ett steg genom droppvis tillsats av ett överskott av piperidin för att kyld dietyleter lösningar av PCI3. Substratet kostnaderna för framställning av 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine för 1 g palladium föregångare är mindre än 1 € (beräknade från katalogpriserna för en kemikalieleverantören) och därmed, mycket billigt.
Figur 3. Syntes av diklorokomplex {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1). Klicka här för att visa en större bild .
Dessutom, trots simple och billig syntes av 1 och dess utmärkta katalytiska prestanda, tillsats av saltsyra (arbets-up villkor), att leda till en snabb och fullständig nedbrytning katalysator, tillsammans med bildandet av fosfonat, piperidinium salt, och olösligt palladium-innehållande sönderfall produkter, som är lätta att skilja från de kopplingsprodukter. Detta är en ofta ignoreras, men mycket viktig fråga som skall beaktas (från ekologiska och ekonomiska synvinklar) och är av särskild betydelse för framställningen av farmaceutiskt relevanta föreningar.
Diklorokomplex {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium (1) är en mycket billig och lättillgänglig, luft stabil och högaktiv Heck-katalysator med en utmärkt funktionell grupp tolerans som effektivt verkar under mild reaktion förutsättningar att ge kopplingsprodukter rent i mycket hög avkastning. Den utmärkta katalytiska aktiviteten (med allmän tillämpbarhet) av 1 är på grund av de unika egenskaperna hos aminophosphines: medan den steriska bulk liksom σ donator styrka aminophosphines är väsentligen densamma i förhållande till deras fosfin-baserade analoger, jämförbara nivåer av aktivitet hittades komplex av typen [(P {(NC 5 H 10) 3 – n (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (där n = 0-3, Figur 3) i korskopplingsreaktioner där molekylära mekanismer är verksamma. Å andra sidan, den labilakaraktär PN obligationer i aminophosphines (känslighet mot protoner, i form av vatten, t.ex.) ger möjlighet att effektivt styra bildningen av palladium nanopartiklar: allt fler PN obligationer i ligander successivt underlättar deras vatten-inducerad nedbrytning och därmed bildandet av nanopartiklar från de respektive komplex. Följaktligen, eftersom palladium nanopartiklar är den katalytiskt aktiva formen av en i Heck-reaktionen 35, såsom indikeras av sigmoidala formade kinetik 36, 37 eller en effektiv hämning av katalys efter tillsats av ett stort överskott av metalliskt kvicksilver till reaktionsblandningarna av arylbromid, olefin och katalysator, t ex 38, såväl som deras detektering genom analys av reaktionsblandningar av exemplifierande Heck-korskopplingsreaktioner med ett transmissionselektronmikroskop (TEM) som är utrustad med ett energi dispersiv X-ray (EDX) analysator 35, substitution av en , 1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine av 1,1 '- (cyclohexylphosphinediyl) dipiperidin), 1 – (dicyclohexylphosphinyl) piperidin) eller tricyklohexylfosfin, vilket successivt ökar komplexstabilitet och därmed fördröjer (vatten-inducerad) bildande av nanopartiklar i denna. Som en följd medan diklor-bis (1 – (dicyclohexylphosphinyl) piperidin) palladium, är katalysatorn för val i Heck-reaktionen utfördes vid 140 ° C, den högsta katalytiska aktiviteten erhölls för diklor {bis [1,1 ', 1 '' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) vid 100 ° C, den minst stabila komplex inom denna serie.
Figur 5. Effekten av ligand sammansättning diklor {bis (aminophosphine)} palladium med den allmänna formeln [(P {(NC 5 H 10) 3 – n (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (där n = 0-2) på den komplexa stabilitet och därmed om hur lätt (vatten-inducerad) nanopartikelbildning och därmed deras katalytiska prestanda under milda reaktionsbetingelser i Heck korskopplingsreaktion. Klicka här för att visa en större bild.
Även om de ovan beskrivna synteser samt Heck-reaktionen protokollen är rakt fram, några av de vanligaste felsökning är: (a) se till att tetrabutylammoniumbromid är nyligen köpt eller förvaras på rätt sätt (tetrabutylammoniumbromid är hygroskopisk), (b) se till att torra lösningsmedel används för liganden syntes när små mängder av ligand framställdes, (c) se till att en ärantingen nygjord eller förvaras i inert atmosfär, (d) se till att NMP eller DMF är nyinköpta, (e) se till att kemikalier är antingen nyinköpt eller förvaras på rätt sätt, (f) ugn-torka alla glas och sval under vakuum.
The authors have nothing to disclose.
Ekonomiskt stöd från Zürich yrkeshögskolan samt Swiss National Science Foundation (SNSF) erkänns.
Phosphorous trichloride | Sigma-Aldrich | 157791 | ReagentPlus, 99% |
Piperidine | Sigma-Aldrich | 104094 | ReagentPlus, 99% |
Dichloro(1,5-cyclooctadiene)palladium(II) | Sigma-Aldrich | 275891 | 99% |
Styrene | Sigma-Aldrich | S4972 | ReagentPlus, contains 4-tert-butylcatechol as stabilizer, ≥99% |
1-Bromo-4-phenoxybenzene | Sigma-Aldrich | B65209 | 99% |
Tetrabutylammonium bromide | Acros Organics | 185680025 | 99+% |
Potassium carbonate | Sigma-Aldrich | 347825 | Reagent grade, ≥98%, powder, -325 mesh |
Silica gel | Merck | 107734 | Silica gel 60 (0.063-0.2mm), for column chromatoraphy |
Diethyl ether | Sigma-Aldrich | 673811 | Anhydrous, ACS reagent, ≥99.0%, contains BHT as inhibitor |
Tetrahydrofuran (THF) | Sigma-Aldrich | 186562 | anhydrous, contains 250 ppm BHT as inhibitor, ≥99.9% |
Pentane | Sigma-Aldrich | 158941 | reagent grade, 98% |
N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) | Sigma-Aldrich | M79603 | ReagentPlus, 99% |