Diklorsubstituerte {bis [1,1 ', en'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) er en lett tilgjengelig, billig, og luft stabile, men høyaktiv Heck katalysator med en utmerket toleranse funksjonell gruppe som effektivt opererer under milde reaksjonsbetingelser for å gi koblingsprodukter i meget høye utbytter.
Diklor-bis (aminophosphine) komplekser av palladium med den generelle formel [(P {(NC H 5 10) 3 – N (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (hvor n = 0-2 ), tilhører en ny familie av lett tilgjengelig, veldig billig, og luft stabilt, men svært aktiv og universelt gjeldende CC krysskoplings-katalysatorene med en utmerket funksjonell gruppe toleranse. Dichloro {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC H 5 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1), den minst stabile kompleks innen denne serie langs protoner, for eksempel i form av vann, gir en lettet nanopartikkeldannelsen og dermed vist seg å være den mest aktive katalysator Heck innenfor denne serie ved 100 ° C, og er et meget sjeldent eksempel på et effektivt og allsidig katalysatorsystem som effektivt opererer under mild reaksjonsbetingelser. Rask og fullstendig catalyst nedbrytning under opparbeidingsbetingelser i fosfonater, piperidiniumacetat alter og andre, palladium-inneholdende dekomponeringsprodukter sikre en lett atskillelse av koplings produkter fra katalysatoren og ligander. Den lettvinte, billig og hurtig syntese av 1,1 ', 1 "- (phosphinetriyl) henholdsvis tripiperidine og 1, på enkel og bekvem bruk, så vel som dens utmerkede katalytiske ytelse i Hecks reaksjon ved 100 ° C få en til en av de mest attraktive og grønneste Heck katalysatorer som er tilgjengelige.
Vi har her de visualiserte protokoller for liganden og katalysatorsyntesene så vel som reaksjons-protokoll for Heck reaksjon utført ved 10 mmol skala ved 100 ° C, og viser at denne katalysator er egnet for bruk i organiske synteser.
Palladium-katalysert CC krysskopling reaksjoner, som ble anerkjent av tildelingen av Nobelprisen i kjemi i desember 2010, i dag tilhører et uunnværlig verktøy for målrettet syntese av komplekse organiske molekyler på tvers av alle fag og industrisegmenter. Den Mizoroki-Hecks reaksjon for eksempel, gjør det mulig for koblingen av olefiner med arylhalogenider i nærvær av en base, og i dag er den mest populære metode for fremstilling av vinylbenzenes (figur 1). Pokker reaksjonen har blitt demonstrert å finne store verktøyet i begge, total syntese av naturprodukter i akademia og syntese i farmasøytisk og agrochemical industri 1-10.
Figur 1. Generelt Heck kryss-koblingsreaksjon mellom en aryl bromide og en olefin. Klikk her for å se større bilde.
Taxol, en mitotisk inhibitor som brukes i cancer-kjemoterapi, Singulair, et astma-medikament, og herbicidet prosulfuron samt Cyclotene, en monomer for høyytelses elektroniske harpikser er eksempler som har blitt fremstilt med en Heck-Mizoroki krysskopling trinn i deres synteser (Figur 2) 11-14.
Figur 2. Eksempler på industrielt relevante organiske forbindelser som involverer en palladium-katalysert Heck krysskopling reaksjon som viktig steg i sin syntese.ghres.jpg "TARGET =" _blank "> Klikk her for å se større bilde.
Selv om nylige utviklinger har vesentlig økte aktiviteten av Heck katalysatorer 15-29, en typisk reaksjon protokoll med aryl-bromider som substrater krever fremdeles høye reaksjonstemperaturer (140 ° C), katalysatormengder i området fra 1 mol%, og reaksjonstider på opptil til 24 timer. Videre er modifisert reaksjonsbetingelser, inkludert reaksjonstemperaturen, katalysatormengder, baser, oppløsningsmidler og additiver, for eksempel ofte rapportert, noe som tyder på at disse protokoller vil sjelden finne sin anvendelse i organiske synteser på grunn av mangel av generalitet. Videre er de fleste katalysatorer krever flere reaksjonstrinn for deres syntese, og følgelig er tidskrevende og lite ettergivende. I tillegg er inert-atmosfære teknikker og kostbare utgangsmaterialer i dårlig stabilitet ofte brukt for deres fremstilling. Dette refererer til behovet for ny og forbedret, billig og lett tilgjengelig, sbord og grønne, men reaktive og generelle gjeldende Heck katalysatorer med høy funksjonell gruppe toleranse som effektivt og pålitelig opererer ved lave katalysatorbeleggene med generelle gjeldende reaksjons protokoller.
Diklor-bis (aminophosphine) komplekser av palladium ble nylig introdusert som lett tilgjengelige, billige og luft stabil, men høyaktive CC krysskoblingskatalysatorer med gode funksjonelle gruppe toleranse 30-34, hvorav diklor-{bis [1,1 ', 1' '- (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC H 5 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) viste seg å være en svært effektiv, pålitelig og allsidig Heck katalysator som effektivt opererer ved 100 ° C . 35 1 ble kvantitativt utarbeidet innen bare noen få minutter med behandling av THF suspensjoner av [Pd (Cl) 2 (torsk)] (torsk = cycloocta-1 ,5-dien) med 1,1 ', en'' – (phosphinetriyl ) tripiperidine under luft atmosfære ved 25 °C. 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine, ble den respektive ligand-systemet oppnådd i ett trinn ved dråpevis tilsetning av et overskudd av piperidin for å kjøles dietyleter oppløsninger av PCL 3. De substrat kostnader for fremstilling av 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine for 1 g palladium-forløperen er mindre enn 1 € (beregnet fra katalog prisene på en kjemikalieleverandøren) og dermed meget billig.
Figur 3. Syntese av diklorsubstituerte {bis [1,1 ', en'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1). Klikk her for å se større bilde .
Dessuten, til tross for den SImple og billig syntese av 1 og sin utmerkede katalytiske ytelse, tilsetning av vandig saltsyre (opparbeidingsbetingelser), fører til en rask og fullstendig nedbrytning katalysator, fulgt av dannelse av fosfonat, piperidiniumacetat salt, og uløselige palladium-inneholdende spaltning Produktene, som lett separeres fra koblingsprodukter. Dette er en ofte oversett, men svært viktig sak å bli vurdert (fra økologiske og økonomiske synspunkter) og er av særlig betydning for utarbeidelse av farmasøytisk relevante forbindelser.
Diklorsubstituerte {bis [1,1 ', en'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium (1) er en veldig billig og lett tilgjengelig, luft stabil og svært aktiv Heck katalysator med en utmerket funksjonell gruppe toleranse som effektivt opererer under mild reaksjon forhold til å gi koblingsprodukter rent i svært høy avkastning. Den utmerkede katalytiske aktivitet (og generell anvendbarhet) av 1 er på grunn av de unike egenskaper av aminophosphines: Mens sterisk bulk samt σ-donor styrken av aminophosphines er hovedsakelig den samme i forhold til deres fosfin-basert analoger, sammenlignbare nivåer av aktivitet ble funnet for komplekser av typen [(P {(NC 5 H 10) 3 – n (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (hvor n = 0 til 3, figur 3) i kryss-koblingsreaksjoner hvor molekylære mekanismer er operative. På den annen side, den labilekarakter av PN obligasjoner i aminophosphines (følsomhet mot protoner, i form av vann, f.eks) tilbyr muligheten til å effektivt kontrollere dannelsen av palladium nanopartikler: økende antall PN obligasjoner i ligander suksessivt letter deres vann-indusert nedbrytning og dermed dannelsen av nanopartikler fra de respektive komplekser. Følgelig, siden palladium nanopartikler er det katalytisk aktive formen av en i Hecks reaksjon 35, som indikert ved sigmoidal formede kinetikken 36, 37, eller den effektive hemming av katalyse etter tilsetning av et stort overskudd av metallisk kvikksølv til reaksjons blandinger av aryl-bromid, olefin og katalysator, for eksempel 38, i tillegg til deres deteksjon ved analyse av reaksjons-blandinger av eksemplarisk Heck kryss-koblingsreaksjoner med et transmisjonselektronmikroskopi (TEM) er utstyrt med en energi-dispersiv røntgen (EDX) analysator 35, substitusjon av ett , 1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine av 1,1 '- (cyclohexylphosphinediyl) dipiperidin), 1 – (dicyclohexylphosphinyl) piperidin) eller tricyclohexylphosphine, som suksessivt øker kompleks stabilitet og dermed forsinker (vann-indusert) dannelsen av nanopartikler av disse. Som en konsekvens av dette, samtidig som diklor-bis (1 – (dicyclohexylphosphinyl) piperidin) palladium, er katalysatoren valg i Hecks reaksjon utført ved 140 ° C, ble den høyeste katalytiske aktivitet oppnås for diklor {bis [1,1 ', 1 '' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC H 5 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) ved 100 ° C, den minst stabile komplekset i denne serien.
Figur 5. Effekten av ligand sammensetning diklor {bis (aminophosphine)} palladium med den generelle formel [(P {(NC H 5 10) 3 – n (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (hvor n = 0-2) med komplekse stabilitet og dermed på enkel (vann-indusert) nanopartikkeldannelsen og dermed deres katalytiske ytelse under mild reaksjonsforhold i Heck krysskoblingsreaksjon. Klikk her for å se større bilde.
Selv om de ovenfor beskrevne synteser samt pokker reaksjons protokoller er rett frem, noen av de vanligste feilsøkingsprosedyrer er: (a) sørge for at tetrabutylammoniumbromid er nylig kjøpt eller riktig lagret (tetrabutylammoniumbromid er hygroskopisk), (b) sørge for at tørre løsningsmidler blir brukt for den ligand-syntese når små mengder av ligand ble fremstilt, (c) å sørge for at en erenten nylaget eller lagres under en inert atmosfære, (d) sørge for at NMP eller DMF er nylig kjøpt, (e) sørge for at kjemikaliene er enten nyinnkjøpte eller riktig lagret, (f) ovnstørkede all glass og kjølig under vakuum.
The authors have nothing to disclose.
Økonomisk støtte ved Zürich University of Applied Sciences, samt den sveitsiske National Science Foundation (SNSF) er anerkjent.
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% |