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Chemistry

パラジウム doi: 10.3791/54932 Published: July 30, 2017

Summary

ベンズイミダゾリウム塩からの4つのパラジウムN複素環カルベン錯体の合成およびその後の精製のための詳細で一般化されたプロトコールが提示される。錯体は、アリール化および鈴木 - 宮浦反応における触媒活性について試験された。調査した各反応について、4つの錯体の少なくとも1つが反応を首尾よく触媒した。

Abstract

ベンズイミダゾリウム塩からの4つのパラジウムN複素環カルベン錯体の合成およびその後の精製のための詳細で一般化されたプロトコールが提示される。アリール化および鈴木 - 宮浦クロスカップリング反応におけるこのような錯体の触媒活性を試験するための詳細で一般化されたプロトコールもまた提示される。アリール化および鈴木 - 宮浦型反応における4つの錯体の触媒活性についての代表的な結果が示されている。研究された反応の各々について、4つの錯体の少なくとも1つが反応を首尾よく触媒し、それらを多くの炭素 - 炭素結合形成反応の触媒の有望な候補として認定した。示されたプロトコールは、新しいパラジウムN複素環式カルベン錯体の合成、精製および触媒活性試験に適合させるのに十分一般的である。

Introduction

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特に、メタセシス、フランの生成、重合、ヒドロシリル化、水素化、アリール化、鈴木 - 宮浦クロスカップリングおよびミゾロキ - ヘッククロスカップリングなどの様々な重要な反応を触媒するその能力について、 N-複素環式カルベン(NHC)が注目されている1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11。 NHCは金属と結合することができる。このような金属- NHC錯体が広く、14、13、補助配位子および有機触媒12等の遷移金属触媒反応において使用されています15、16。一般的に、それらは、金属-炭素配位結合17の高い解離エネルギーの結果として空気、水分及び熱に対して非常に安定です。

ここでは、4つのベンゾイミダゾリウム塩(化合物1 - 4)の先に示した合成および精製のためのプロトコルとそのパラジウムNHC錯体(化合物5から 8、それぞれが)18の詳細です。塩および複合体は、種々の技術を用いて以前に特徴付けられた18 。同様の化合物がアリール化と鈴木-宮浦クロスカップリング反応9、10、11の触媒作用のために使用されているので、アリール化及び鈴木-宮浦反応において複合体の触媒活性を試験するためのプロトコルでありますlso詳細。重要なことに、複合体の触媒活性を合成、精製および試験するためのプロトコールは、一般的に、新しいパラジウムNHC複合体への容易な適合を可能にするために提示される。

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Protocol

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注意:多くの揮発性溶剤が下記のプロトコルの一部として使用されているため、すべての実験は作業中のフュームフードで実施してください。適切な個人保護具を使用し、使用前に各試薬のMSDSに相談してください。ここでは、危険な試薬およびステップについて簡単な情報が提供されている。

ベンズイミダゾリウム塩(化合物1~4)の合成および精製。

  1. 100mLシュレンク管を直立させ、攪拌棒、1mmolのベンズイミダゾール、1mmolの水酸化カリウムおよび60mLのエチルアルコールを溶媒としてそれに入れる。
    注意:水酸化カリウムは有害な可能性があります。ほこりを吸ったり、水から離したりしないでください。
    注意:エチルアルコールは揮発性で可燃性です。火気や発火源から離して保管してください。
    注:水酸化カリウムを使用できない場合、水酸化ナトリウムを使用することができます。相談するe水酸化ナトリウムのMSDSを使用してください。
  2. シュレンク管をオイルバスに入れて、攪拌工程中に反応混合物を均一かつ安全に加熱する。攪拌中に溶媒の蒸発を防ぐため、チューブをコンデンサーに取り付けます。ガラスフィッティング部が十分にグリースされていて、適切に取り付けられていることを確認してください。
  3. 反応混合物を25℃で1時間撹拌し、ベンズイミダゾール分子中のすべての固体の完全な溶解ならびに窒素 - 水素結合の破壊を可能にする。
    注意:この撹拌ステップに凝縮器を使用することは必須ではありませんが、以下のステップ1.5で凝縮器を還流に使用する必要があるため、このステップで凝縮器を設置して両方のステップに使用すると便利です。さもなければ、この工程は、グリース入りストッパーでシュレンク管を密封することによって行うことができる。
  4. 1時間後、シュレンク管をコンデンサーから取り外し、選択したa混合物に加えた。
    注意:ハロゲン化アリールは刺激物質であり、有害な可能性があります。作業を始める前に関連するMSDSを調べてください。
  5. シュレンク管をコンデンサーに再接続し、78℃(エチルアルコールの沸点に近い)で6時間還流して反応が完了するようにする。還流が完了した後、混合物を25℃に冷却する。
  6. 凝縮器からシュレンク管を取り外し、いくつかのペーパータオルを使用してグリースを管の口から拭き取ってください。次に、漏斗および濾紙を用いて反応混合物を濾過し、反応中に形成された塩化カリウム沈殿物を除去する。濾液をビーカーに集める。
  7. N-アルキルベンズイミダゾール生成物を含有する濾液を清浄なシュレンク管に移す。グリース入りストッパーでチューブを密封し、濾液中のエチルアルコール溶剤を真空下で除去する。
    注:プロトコルのすべての手順については、中程度の強度の真空と、真空に付いたチューブのわずかな連続的な振とうを使用してください。
  8. すべての溶媒を除去した後、シュレンク管を開封し、5mLのジエチルエーテルを加えて、 N-アルキルベンズイミダゾール生成物を洗い流す。静かにチューブを振って洗ってください。
    1. 洗浄が終わったら、ペーパータオルを使ってグリースをチューブの口から拭き取り、エーテルをビーカーに注ぎます。この洗浄工程を数回繰り返し、5mLのジエチルエーテルを加え、毎回デカントする。
      注意:ジエチルエーテルは揮発性で可燃性です。火気や発火源から離して保管してください。
      注意:プロトコールのすべての洗浄ステップでは、1)洗浄される物質と反応しない、2)洗浄される物質を溶解しない、3)容易に蒸発する、別の溶媒を使用することができます。
  9. 最後の洗浄工程の後、シュレンク管を洗浄したN-アルキルベンズイミダゾール生成物を真空乾燥する。乾燥後、ペーパータオルを使用してグリースをチューブの口から拭き取り、次に小さなバイアルに移して次の反応に使用します。
    注:ここでプロトコルを一時停止し、後で再開することができます。
  10. 清潔なシュレンク管を直立させ、アルゴンガスでパージして内部の空気を排出してください。チューブのサイドアームからガスを導入し、このプロセス中にチューブの口を開封したままにしておきます。アルゴンは空気よりも重いので、チューブを下から上に満たすことで空気を排出します。次のステップで試薬を添加しながらアルゴンでチューブをパージし続けます。
  11. 攪拌棒、1mmolのN-アルキルベンズイミダゾール、1mmolの選択したハロゲン化アルキルおよび4mLの無水NN-ジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒としてシュレンク管にゆっくり加える。すべての試薬を加えたら、すぐにチューブの口を密閉します油を注いだストッパーで止め栓を回してサイドアームを密閉し、アルゴンガスを止めます。
    注意:ハロゲン化アルキルは刺激物質であり、有害な可能性があります。続行する前に該当するMSDSに相談してください。
    注意: DMFは可燃性です。火気や発火源から離して保管してください。
  12. シールされたシュレンク管を油浴に置き、反応混合物を80℃で24時間撹拌して、反応が完了するのを可能にする。
    注:この反応は不活性雰囲気中で実施する必要があるため、アルゴンを含む上述のパージ工程を慎重に実施する必要がある。
  13. 24時間後、混合物中のDMF溶媒の一部を真空下で除去し;約1〜2分間の真空引きで十分である。
    注:必要に応じて、グリース状の混合物からすべてのDMF溶剤を除去しますが、これは不要です。
  14. シュレンク管を開封し、15 mLのジエチルエーテルを加えます。ミーを炒めるベンズイミダゾリウム塩生成物が沈殿するまで混合する。
    注:ジエチルエーテルが入手できない場合は、石油エーテルを使用できます。この提案された変更を進める前に、石油エーテルのMSDSを調べてください。
  15. 沈殿が生じた後、適切な濾過方法を用いてジエチルエーテルを除去する。
    注:私たちは、サイドアーム、内部フィルター、およびシュレンク管を取り付けることができる2つの開放端を備えた特別なガラス管を使用しました。このチューブ上のサイドアームとシュレンク管上のサイドアームとを真空に取り付けることができるので、この濾過管は、1)沈殿工程後の濾過ならびに来るべき洗浄工程、および2)洗浄後の乾燥ステップ。
    1. 同様のものを使用する場合は、充填チューブの一端に充填したシュレンクチューブを、他端にはシュレンクチューブを取り付けます。その後、空のシュレンク管を真空に接続し、慎重に徐々に装置を逆さまにしてジエチルエーテルはこの空のシュレンク管にフィルターを通過する。ただし、このようなチューブが見つからない場合は、漏斗やろ紙などでろ過してください。
  16. 塩生成物を15mLのジエチルエーテルで洗浄し、ステップ1.15で使用したのと同じろ過法を用いてジエチルエーテルを除去する。 15mLのジエチルエーテルを用いてこの洗浄工程を数回繰り返し、毎回濾過する。
  17. 最後の洗浄ステップの後、洗浄した塩生成物を乾燥させ(ここで、フィルターチューブ内を真空で乾燥させる)、再結晶のためにさらに精製するために回収する。
    注:ここでプロトコルを一時停止し、後で再開することができます。
  18. 塩とエチルアルコール - ジエチルエーテル混合物(12mL:4mL)をきれいなシュレンク管に加える。ヒートガンを使用して塩が完全に溶解するまで混合物を加熱する。
  19. その後、グリース入りのストッパーでチューブを密封し、ほぼ水平な位置で締め付けます。去る彼は塩を室温で再結晶する。
  20. 塩が再結晶されたら、いくつかのペーパータオルを使用してグリースをチューブの口から拭き取り、次に漏斗と濾紙を使用して混合物を濾過して塩結晶を分離する。
  21. 塩結晶を、15mLのジエチルエーテルを用いて、漏斗中のろ紙上にまだ残したまま洗浄する。この洗浄工程を数回繰り返す。
  22. 最後の洗浄工程の後、結晶を濾紙上の空気中で乾燥させる。特徴付けおよびパラジウムNHC複合体の合成のために精製塩を収集する。
    注:ここでプロトコルを一時停止し、後で再開することができます。
  23. 以前に報告されたように塩を特徴付ける18

パラジウムNHC錯体(化合物5-8)の合成および精製は、

  1. 75mLシュレンク管を垂直にクランプし、撹拌棒、1mmolの選択したベンズイミダゾリウム塩、1mmolのpall塩化アジニウム、塩基としての5ミリモルの炭酸カリウム及び3-クロロピリジン3mLを入れた。
    注意:塩化パラジウムは有毒で刺激性があります。
    注意:炭酸カリウムは有害な可能性があります。ほこりを吸ったり、水から離したりしないでください。
    注意: 3-クロロピリジンは非常に有害である。それは有毒で腐食性があります。皮膚に触れたり、煙を吸い取ったりしないでください。
  2. グリース入りストッパーでチューブをシールし、オイルバスに入れます。反応混合物を80℃で16時間撹拌して、パラジウムNHC錯体の合成を完了させる。
  3. 16時間後、混合物を室温に冷却し、チューブを開封する。下記の工程2.4および2.5に記載の濾過効率を改善するために、混合物に10mLのジクロロメタンを添加する。これはオプションで、必要に応じてスキップすることができます。
    注意:ジクロロメタンは有害で刺激性があります。発癌物質の疑いがある。皮膚に触れたり、煙を吸い取ったりしないでください。
  4. 以下のろ過装置を組み立てて、反応混合物から未反応の塩化パラジウムおよびベンズイミダゾリウム塩を除去する。タップなしでガラス濾過管を使用する。
    1. 最初に、チューブの中にあるフィルターの上にフィルター剤層を作るために、フィルター剤(例えば、セライト)の4つのスパチュラをチューブに加える。次に、フィルター剤層の上に4つのスパチュラのシリカゲルを加える。最後に、フィルター剤とシリカ層がフィルターとコットンワッドの間の所定の位置に固定されるように、シリカゲル層の上に小さな綿棒を絞ってください。
  5. 反応混合物を濾過剤およびシリカゲルのパッドを通して以下のように濾過する:反応混合物を含むシュレンク管をガラス濾過管に取り付け、シュレンク管が綿棒で濾過管の端に面するようにする。次に、空のシュレンク管をろ過管。
    1. 空のシュレンク管を真空に接続し、慎重かつ徐々に装置を反転させて、反応混合物が綿、シリカ、フィルター剤およびフィルター層を通して(順番に)ろ過されるようにする。未反応の塩化パラジウムおよびベンズイミダゾリウム塩は層内に保持され、一方、パラジウムNHC錯体を含む濾液は空のシュレンク管に入る。
      注意:ジクロロメタンを反応混合物に添加すると(ステップ2.3)、それは濾過管内の圧力に寄与し、逆に液体が充填されたシュレンク管と濾過管との間の接続部分から滲出する可能性がある。これを防止するために、反転時に反応混合物が上述の接続部分から浸出するのに十分な時間を持たないように、装置の反転前に空のシュレンク管を真空に接続することが重要である(上記のように)。
  6. シュレンク管を取り外す上記濾過装置からの濾液を含み、グリース入りストッパーでそれを密閉する。濾液中の溶媒を真空下で除去する。
  7. すべての溶媒を除去したら、シュレンク管を開封し、5mLのジエチルエーテルを加えて、残ったパラジウムNHC複合体生成物を洗浄する。静かにチューブを振って洗ってください。洗浄が終わったら、ペーパータオルを使ってグリースをチューブの口から拭き取り、エーテルをビーカーに注ぎます。この洗浄工程を数回繰り返し、5mLのジエチルエーテルを加え、毎回デカントする。
  8. 最後の洗浄工程の後、グリース入りストッパーでシュレンク管を密閉し、洗浄したパラジウムNHC複合体生成物を真空乾燥させる。乾燥後、ペーパータオルを使用してグリースをチューブの口から拭き取り、次に再結晶のために生成物を回収する。
    注:ここでプロトコルを一時停止し、後で再開することができます。
  9. 再結晶のために、特定のパラジウムNHC錯体(すなわち、錯体が室温では容易には溶解しないが、加熱すると錯体が溶解するもの)に適した溶媒に加え、塩について上記で詳述したのと同じステップ(ステップ1.18〜1.22)に従う。その後、精製された複合体を収集して特徴づけを行う。
    注:ここでプロトコルを一時停止し、後で再開することができます。
  10. 以前に報告されたように複合体を特徴付ける18

アリール化反応における錯体(5-8)の触媒活性

  1. ヒュームフードで空気中ですべての触媒反応を行う。
  2. 炭素 - 炭素結合形成反応のために、精製せずに購入した試薬を使用する。
  3. 25mLシュレンク管を直立させ、撹拌棒、2mmolの2 -n-ブチルチオフェンまたは2 -n-ブチルフランおよび1mmolの選択した臭化アリールをそれに加える。
    注意: 2 -n-ブチルフランおよび2 -n-ブチルチオフェンは両方とも急性毒性である。皮膚に触れたり、煙を吸い取ったりしないでください。
  4. 次に、1ミリモルの酢酸カリウム、0.01ミリモルの選択されたパラジウムNHC複合体および2mLのNN-ジメチルアセトアミド (DMA)をチューブに加える。
    注意: DMAは有毒です。皮膚に触れたり、煙を吸い取ったりしないでください。
  5. グリース入りストッパーでチューブをシールし、オイルバスに入れます。反応混合物を様々な時間および様々な温度で撹拌して、所与の反応の最大生成物収率をもたらす時間および温度条件を見出す。
    注意:反応の進行には薄層クロマトグラフィー(TLC)を続けることができるが、異なる反応条件の効果を収率(触媒作用に使用されるパラジウムNHC複合体を含む)と比較するだけであれば、反応を完結させる必要はない。このような場合は、必要な時間よりも短い一定の時間反応を実行します完了し、試験した反応条件を変える。反応が所望の時間実施されたら、次の工程に記載されているように反応混合物から溶媒を除去することによって反応を停止する。
    1. 反応の進行をTLCで追跡するために、反応混合物の移動をTLCプレートと反応物の移動と比較する。混合物がまだ反応物のスポットを生成する場合、これはまだ反応が完了していないことを意味する。所定の時間後に反応混合物のサンプルを得るために、反応が進行している間にシュレンク管を開封し、キャピラリー管を使用してTLC試験のための滴を迅速に得る。混合物および反応物をTLCプレートを通過させるために、特定の場合に適切な溶媒(移動相)を見出す。
  6. 反応が完了したか、または所望の時間の間反応が完了したら、反応混合物中の溶媒を真空下で除去する。
  7. シュレンク管を開封し、ヘキサン - ジエチルエーテルm混合物(10mL:2mL)を加えます。この溶媒混合物は、下記の工程3.8および3.9のフラッシュカラムクロマトグラフィー用の移動相である。混合物を激しく振って、生成物が移動相に溶解し、チューブ内に残らないようにする。
    注意:ヘキサンは揮発性で可燃性です。その煙霧を吸い込まず、火気や発火源から離して保管してください。
  8. 以下のようにフラッシュクロマトグラフィーカラムを組み立てて生成物を精製する:ガラススポイトを使用する。まず、ドロッパーに小さなワッドを入れ、ガラスチャンバーが薄くなり始めるところにしっかりと収まるまで押し込みます。次に、スポイトの厚い部分の3分の2が充填されるように、綿棒の上にシリカゲルを加える。
  9. シリカゲルカラムを垂直にクランプし、ガラス滴を用いて反応混合物を徐々に移す。混合物をカラムに通して溶出させ、精製された生成物を含有する溶出液を清潔なビーカーまたは試験チューブ。
    注:ここでプロトコルを一時停止し、後で再開することができます。
  10. 溶離液を真空に付着できるきれいなチューブに移し、グリース入りストッパーでチューブを密閉します。溶離液中の溶媒を真空下で除去する。
    注:ここでプロトコルを一時停止し、後で再開することができます。
  11. すべての溶媒を除去したら、チューブを開封し、1.5mLのジクロロメタンを加える。製品を溶解するためにチューブを静かに振って、GCまたはGC / MSで分析する。 GC又はGC / MS 19、20、21、22、23使用して収率を計算します。
    注:ジクロロメタンを使用できない場合、クロロホルムを使用できます。この推奨された変更に進む前に、クロロホルムのMSDSを参照してください。

4.共触媒の触媒活性鈴木・宮浦クロスカップリング反応における絡み合い(5-8)

  1. 以前に報告されたプロトコール18、24によれば、すべての触媒反応を行います。
  2. 25mLシュレンク管を直立させ、攪拌棒、フェニルボロン酸または選択したボロン酸誘導体1.5mmol、選択した塩化アリール1mmolおよびナトリウムtert-ブトキシド2mmolをそれに塩基として加える。
    注意:フェニルボロン酸およびその誘導体は刺激物質で毒性があります。皮膚接触を避ける。作業を始める前に関連するMSDSを調べてください。
    注意:塩化アリールは有害で、特定の化学物質に応じて、有毒で引火性があります。作業を始める前に関連するMSDSを調べてください。
    注意:ナトリウムtert-ブトキシドは可燃性固体です。溶液中では水や苛性アルカリとの反応性が高い。火気や発火源から遠ざけて、皮膚との接触を避ける。注:ナトリウムtert-ブトキシドが入手できない場合、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムまたはカリウムtert-ブトキシドを使用することができる。これらの提案された変更に進む前に、これらのベースのMSDSを参照してください。
  3. 選択したパラジウムNHC複合体0.01ミリモルをチューブに加える。
  4. DMF-水混合物(2mL:2mL)をチューブに加える。
    注:必要に応じてDMFをより高い比率で使用するか、DMFを単独で使用してください。
  5. グリース入りストッパーでチューブをシールし、オイルバスに入れます。反応混合物を様々な時間および様々な温度で撹拌して、所与の反応の最大生成物収率をもたらす時間および温度条件を見出す。
    注:反応の進行にはTLCを続けることができるが、異なる反応条件の収率(catに使用されるパラジウムNHC複合体を含む反応を完了させる必要はない。これらの場合、完了に必要な時間よりも短い一定時間反応を行い、試験した反応条件を変えます。反応が所望の時間実行されたら、反応を停止して次のステップに進む。反応の進行をTLCで追跡するには、ステップ3.5.1を参照してください。
  6. 反応が完了したか、または所望の時間の間反応が完了したら、混合物を室温に冷却する。シュレンク管を開封し、ヘキサン - 酢酸エチル混合物(5mL:1mL)を反応混合物に加える。チューブを再度シールし、新しい混合物を数分間激しく振り、合成生成物をヘキサン - 酢酸エチル相に移動させる。
    注意:酢酸エチルは揮発性で引火性があり、眼に重大な損傷を与えることがあります。その煙霧を吸い込まず、火気や発火源から離して保管してください。
  7. Schのクランプlenk tubeを直立させ、混合物を数分間かけて2つの異なる相に落ち着かせる。
  8. ガラススポイトを使用して慎重に上層の有機相を抽出し、無水硫酸マグネシウム1gを含むきれいなビーカーに移す。硫酸マグネシウム粉末は、抽出された有機相から残留水を除去するのに役立つ。
  9. 合成された生成物の抽出を最大にするために、少なくとも1回ステップ4.6~4.8を繰り返す。
  10. フラッシュカラムクロマトグラフィーで生成物を精製するために、工程3.8および3.9に従う。抽出された有機相中に存在するヘキサン - 酢酸エチル混合物は、この精製工程のための移動相として役立つ。クリーンなビーカーまたは試験管で精製した生成物を含む溶離液を集める。
    注:ここでプロトコルを一時停止し、後で再開することができます。
  11. 生成物を分析し、GC又はGC / MS 19、20使用して収率を計算し21、22、23。

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Representative Results

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ベンゾイミダゾリウム塩(1 - 4)18、24の前に報告されているように( 図1)は次いで、精製し、特徴付けNの -alkylbenzimidazolesと種々のアルキルハライドを用いて、無水DMF中で合成しました。それらは、白色またはクリーム色の固体であり、収率は62%〜97%であった。パラジウムNHC錯体(5から 8)、24 18の前に報告されているように( 図2)を 、また、精製された塩から合成し、特徴付けました。それらは黄色またはクリーム色の固体であり、塩よりも収率が低く、25%〜60%の範囲であった。 4つのパラジウム錯体を、アリール化および鈴木 - 宮浦クロスカップリング反応における触媒活性について試験した。

n-ブチルチオフェンと4-ブロモアセトフェノン(表1、エントリー1)との間の反応を例として挙げた。この特定の反応は、触媒複合体の非存在下で、110℃で1時間後にわずか1%の収率しか与えなかった。 2- n-ブチルフランと4-ブロモアセトフェノンとの反応のために、錯体5-8は110℃で1時間後にそれぞれ14,49,83および89%の収率をもたらした(表1、項目2~5)。表1の項目6〜8は、錯体7の存在下での2 -n-ブチルフランとブロモベンゼンとの反応を示す。それぞれ80,90および110℃で21時間後に71,84および98%のかなり良好な収率が達成された。表1の残りの2つのエントリー(エントリー9および10)は、2 -n-ブチルチオフェンとブロモベンゼンneおよび4-ブロモアニソールである。これらの反応の最初のものは複合体8によって触媒され、110℃で1時間後に97%の収率が達成された(表1、項目9)。第2の反応は錯体5によって触媒され、130℃で1時間後に収率79%を与えた(表1、エントリー10)。

ボロン酸誘導体と塩化アリールとの間の研究された鈴木 - 宮浦反応に対する錯体の触媒効果は可変であった(表2)。ここでは、これらの反応の触媒作用における4つの錯体の性能を比較することが目的であったので、検討した各反応について、他の反応条件を一定に保った:2mL:2mLのDMF-水混合物を溶媒、ナトリウムtert-ブトキシドを塩基として使用し、反応を2時間行い、反応温度を80℃に保った。これらの条件下で、複合体5-8は、それぞれ67,55,77および25%の転化率をもたらし、収率は56,51および56であった。2,5-ジメトキシフェニルボロン酸と4-メトキシ-1-クロロベンゼンとの反応については59%および9%であった(表2、項目1〜4)。これらの条件下での4-tert-ブチルフェニルボロン酸と4-クロロトルエンとの反応のために、4つの錯体5-8のすべてが優れた触媒であることが判明し、99,99,98および100%の転化率をもたらし、収率は92,95 、93および99.9%であった(表2、項目5-8)。最後に、これらの条件下でのチアナフテン-2-ボロン酸と1-クロロ-4-ニトロベンゼンとの反応のために、錯体5-8はそれぞれ5,9,55および30%の転化率をもたらし、 35%および14%であった(表2、項目9〜12)。

図1
図1 :ベンズイミダゾリウム塩の合成。
ベンズイミダゾリウム塩を形成するための1-アルキルベンズイミダゾールと種々のハロゲン化アルキルとの間の反応の模式図<強い> 1-4。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

図2
図2 :パラジウムNHC錯体の合成。
パラジウムNHC錯体5-8を形成するためのベンズイミダゾリウム塩1-4 、塩化パラジウム、炭酸カリウムおよび3-クロロピリジン間の反応の略図。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

表1
表1: 触媒されたアリール化反応 - 代表的なresults。
合成されたパラジウムNHC錯体の存在下でのヘテロアリール誘導体の種々のアリール臭化物によるアリール化。反応条件:2 -n-ブチルチオフェンまたは2 -n-ブチルフラン(2mmol)、臭化アリール(4-ブロモアセトフェノン、ブロモベンゼンまたは4-ブロモアニソール)(1mmol)、NHC錯体( 5~8 )(0.01mmol)酢酸カリウム(1mmol)、DMA(2mL)、80〜130℃、1〜21時間。 この表のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

表2
表2: 触媒された鈴木 - 宮浦反応 - 代表的な結果。
合成パラジウムNHC錯体の存在下で、ボロン酸誘導体とアリールクロライドとの鈴木 - 宮浦クロスカップリング反応。反応条件:ボロ(1.5mmol)、塩化アリール(1mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド(2mmol)、パラジウムNHC錯体( 5~8 )(0.01mmol)、DMF-水(2mL:2mL)、80℃ C、2時間。 この表のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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Discussion

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4つのベンズイミダゾリウム塩およびその後のそれらのパラジウムNHC錯体の合成および精製のためのプロトコールは、若い科学者または新しいフィールド科学者がそれらを習得するのを助けるために意図的に詳細に提示された。この同じ目的を念頭に置いて、アリール化および鈴木 - 宮浦反応における4つの錯体の触媒活性を試験するためのプロトコールもまた詳細に提示された。さらに、本発明者らは、多くの他の/新しいパラジウムNHC錯体の触媒活性の合成、精製および試験のために他の人が容易にそれらを適合させることを可能にするために、一般的な形式でプロトコールを提示しようと試みた。

必要に応じて、プロトコルにいくつかの変更が加えられます。可能な変更の提案は、関連する手順の下の議定書のセクションで与えられている。これらの提案のいくつかは、オプションで強調表示されている特定のプロトコルステップの省略についてのものであるが、他はexchaプロトコルの特定のステップで使用される装置または試薬を使用する。試薬の変更に関しては、プロトコールで使用されている試薬の一部を他の試薬と置き換えることは原則として可能ですが、実験的にまたは短時間の測量で確認した例のみに限定して提案しています文献の

合成された錯体の触媒活性に関して、アリール化反応の触媒作用に対するそれらの値は、表1の代表的な結果を通して見ることができる.2- n-ブチルフランと4-ブロモアセトフェノンとの間の反応を触媒するために、錯体6が良好な候補であった複合体7および8は特に良好に機能した(表1、項目2〜5)。錯体7は、2 -n-ブチルフランとブロモベンゼンとの反応のための優れた触媒であった(表1、エントリー6-8)。この反応の収率に対する温度の上昇の正の効果は、反応が適切な錯体によって触媒され、温度などの他の反応条件を改変することにより、収率を最大にすることができる。錯体8は2- n-ブチルチオフェンと4-ブロモアニソールとの反応のために触媒として非常に良好に機能するが、2 -n-ブチルチオフェンとブロモベンゼンとの反応のためには優れた触媒であった(表1、エントリー9)表1、エントリー10)。全体として、研究された各アリール化反応は、合成された4つの錯体のうちの少なくとも1つによってうまく触媒された。時間および温度のような反応条件を変更することによって、これらの反応のための収率値を潜在的に増加させるためにさらなる研究を行うことができる。

ボロン酸誘導体と塩化アリールとの間の鈴木 - 宮浦反応の触媒作用のために、合成された錯体は、この研究で使用された反応条件下で可変性能を示した(表2)。複合体5-7は良好な候補であることが判明したが、複合体8は、2,5-ジメトキシフェニルボロン酸と4-メトキシ-1-クロロベンゼンとの間の反応(表2、項目1~4)。すべての4つの錯体は、4-tert-ブチルフェニルボロン酸と4-クロロトルエンとの間の反応のための優れた触媒であった(表2、エントリー5-8)。チアナフテン-2-ボロン酸と1-クロロ-4-ニトロベンゼンとの反応のために、錯体5および6は触媒としては十分に機能しなかったが、錯体7および8はいくつかの有望性を示した(表2、エントリー9-12)。全体として、アリール化反応の結果と同様に、研究されたスズキ - ミヤウラ反応の各々は、合成された4つの錯体の少なくとも1つによって良好に触媒された。選択された複合体が所与の反応を触媒する上で良好に実施された場合、時間、温度、溶媒組成および使用される塩基のような反応条件を変化させることによって転化率および収率値を潜在的に増加させるさらなる作業を行うことができる。

要約すると、4つのパラジウムNHC錯体は、詳細なプロトコールが与えられ、多くの炭素 - 炭素結合形成反応の触媒作用の有望な候補であることが証明された。

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Disclosures

著者は何も開示することはない。

Acknowledgments

私たちは、薬学部(シドニー大学)、エルチェス大学研究基金、TUBITAK(1059B141400496)の財政​​支援を認めています。ビデオを編集してくれたTim Harland(シドニー大学)に感謝します。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1-chloro-4-nitrobenzene Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2,5-dimethoxyphenylboronic acid Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2-n-butylfuran Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2-n-butylthiophene Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
3-chloropyridine Merck (Darmstadt, Germany)
4-bromoacetophenone Merck (Darmstadt, Germany)
4-bromoanisole Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
4-chlorotoluene Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
4-methoxy-1-chlorobenzene Merck (Darmstadt, Germany)
4-tert-butylphenylboronic acid Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
Benzimidazole Merck (Darmstadt, Germany)
Bromobenzene Merck (Darmstadt, Germany)
Celite Merck (Darmstadt, Germany)
Dichloromethane Merck (Darmstadt, Germany)
Diethyl ether Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
Ethyl acetate Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
Ethyl alcohol Merck (Darmstadt, Germany)
Hexane Merck (Darmstadt, Germany)
Magnesium sulfate Scharlau (Barcelona, Spain)
N,N-dimethylacetamide Merck (Darmstadt, Germany)
N,N-dimethylformamide Merck (Darmstadt, Germany)
Palladium chloride Merck (Darmstadt, Germany)
Phenylboronic acid Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
Potassium acetate Merck (Darmstadt, Germany)
Potassium carbonate Scharlau (Barcelona, Spain)
Potassium hydroxide Merck (Darmstadt, Germany)
Silica gel Merck (Darmstadt, Germany)
Sodium tert-butoxide Merck (Darmstadt, Germany)
Thianaphthene-2-boronic acid Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)

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References

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パラジウム<em&gt; N</em&gt;  - 複素環カルベン錯体:ベンズイミダゾリウム塩からの合成と炭素 - 炭素結合形成反応における触媒活性
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Sahin, Z., Akkoς, S., İlhan, İ. Ö., Kayser, V. Palladium N-Heterocyclic Carbene Complexes: Synthesis from Benzimidazolium Salts and Catalytic Activity in Carbon-carbon Bond-forming Reactions. J. Vis. Exp. (125), e54932, doi:10.3791/54932 (2017).More

Sahin, Z., Akkoς, S., İlhan, İ. Ö., Kayser, V. Palladium N-Heterocyclic Carbene Complexes: Synthesis from Benzimidazolium Salts and Catalytic Activity in Carbon-carbon Bond-forming Reactions. J. Vis. Exp. (125), e54932, doi:10.3791/54932 (2017).

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