DICHLOR {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) er en let tilgængelig, billig og luft stabilt, men meget aktiv Heck katalysator med en fremragende funktionel gruppe tolerance, der effektivt opererer under milde reaktionsbetingelser til opnåelse koblingsprodukterne i meget høje udbytter.
Dichlor-bis (aminophosphine) komplekser af palladium med den almene formel [(P {(NC 5 H 10) 3 – n (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (hvor n = 0-2 ), tilhører en ny familie af let tilgængelige, meget billige, og luft stabil, men meget aktive og universelt anvendelig CC krydskoblingsreaktioner katalysatorer med en fremragende funktionel gruppe tolerance. Dichloro {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1), den mindst stabile kompleks i denne serie i retning protoner, fx i form af vand, giver en forenklet nanopartikel dannelse og dermed vist sig at være den mest aktive Heck katalysator inden denne serie ved 100 ° C og er et meget sjældent eksempel på en effektiv og alsidig katalysator, der effektivt opererer under milde reaktionsbetingelser. Hurtig og fuldstændig catalyst nedbrydning under arbejds-up betingelser i fosfonater piperidiniumacetat salte og andre, palladiumholdige nedbrydningsprodukter sikre en let adskillelse af koblingsdelene produkter fra katalysator og ligander. Den facile, billig og hurtig syntese af 1,1 ', 1 "- (phosphinetriyl) tripiperidine og 1 henholdsvis enkel og praktisk brug samt dets fremragende katalytiske ydeevne i Heck reaktion ved 100 ° C lave 1 til en af de mest attraktive og grønneste Heck katalysatorer til rådighed.
Vi giver her visualiseret protokoller for liganden og katalysator synteser samt reaktionen protokol for Heck reaktioner udført på 10 mmol skala ved 100 ° C, og viser, at denne katalysator er egnet til brug i organiske synteser.
Palladiumkatalyseret CC krydskoblingsreaktioner, som blev anerkendt af tildelingen af Nobelprisen i kemi i december 2010, i dag hører til et uundværligt redskab for målet orienterede syntese af komplekse organiske molekyler på tværs af alle forskningsområder og industrielle segmenter. Den Mizoroki-Heck-reaktion for eksempel tillader koblingen af olefiner med arylhalogenider i nærvær af en base og er i dag den mest populære metode til fremstilling af vinylbenzenes (figur 1). Dælen reaktion har vist sig at finde bred anvendelighed i både samlede synteser af naturprodukter i den akademiske verden og syntese i farmaceutiske og agrokemiske industri 1-10.
Figur 1. Generelt Heck krydskoblingsreaktion mellem en arylbromid og en olefin. Klik her for at se større billede.
Taxol, en mitotisk inhibitor anvendes i kemoterapi, Singulair, en astma medicin og ukrudtsmidlet prosulfuron samt Cyclotene, en monomer til højtydende elektroniske harpikser er eksempler, der med succes er blevet udarbejdet, herunder en Heck-Mizoroki cross-kobling trin i deres synteser (figur 2) 11-14.
Figur 2. Eksempler på industrielt relevante organiske forbindelser, der involverer en palladium-katalyseret Heck krydskoblingsreaktion som vigtigt skridt i deres syntese.ghres.jpg "TARGET =" _blank "> Klik her for at se større billede.
Selvom den seneste udvikling har forøget aktivitet Heck katalysatorer 15-29, en typisk reaktion protokol med arylbromider som substrater kræver stadig høje reaktion temperaturer (140 ° C), katalysator belastninger i intervallet 1 mol% og reaktionstider på op til 24 timer. Desuden er modificerede reaktionsbetingelser, herunder reaktionen temperatur katalysator belastninger, baser, opløsningsmidler og additiver, fx ofte rapporteret, hvilket indebærer, at disse protokoller sjældent vil finde deres anvendelse i organiske synteser på grund af manglende generalitet. Desuden har de fleste katalysatorer kræver flere reaktionstrin til deres syntese og dermed er tidskrævende og lav dannelse. Derudover er inaktiv-atmosfære teknikker og dyre udgangsmaterialer af dårlig stabilitet ofte anvendes til deres forberedelse. Dette refererer til behovet for nye og forbedrede, billigt og let tilgængeligt, sbord og grønne, men reaktive og generelle gældende Heck katalysatorer med høj funktionel gruppe tolerance, som effektivt og pålideligt opererer ved lave katalysator belastninger med almindelige gældende reaktionstider protokoller.
Dichlor-bis (aminophosphine) Komplekser af palladium blev for nylig indført som let tilgængelige, billige og luft stabil, men meget aktive CC krydskoblingsreaktioner katalysatorer med fremragende funktionelle gruppe tolerance 30-34, hvoraf dichlor {bis [1,1 ', 1' »- (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) viste sig at være en yderst effektiv, pålidelig og alsidig Heck katalysator, der effektivt fungerer ved 100 ° C . 35. 1 blev kvantitativt forberedt inden for kun et par minutter ved behandling af THF suspensioner af [Pd (Cl) 2 (COD)] (torsk = cycloocta-1 ,5-dien) med 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl ) tripiperidine under luft atmosfære ved 25 °C. 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine de respektive ligand system blev opnået i et trin ved dråbevis tilsætning af et overskud af piperidin i afkølet diethylether opløsninger af PCI3. Omkostningerne substrat til fremstilling af 1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine for 1 g palladium forløber er mindre end 1 € (anslået fra katalog priserne på en kemisk leverandør) og dermed meget billige.
Figur 3. Syntese af dichlor {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1). Klik her for at se større billede .
På trods af simple og billige syntese af 1 og dens fremragende katalytiske ydeevne, tilsætning af vandig saltsyre (oparbejdningsoperationer forhold), føre til en hurtig og fuldstændig katalysator nedbrydning ledsaget af dannelsen af phosphonat, piperidinium salt og uopløselige palladium-holdige nedbrydning produkter, som er let adskilt fra koblingsprodukterne. Dette er en ofte overset, men meget vigtigt spørgsmål, der skal overvejes (fra økologiske og økonomiske synspunkter), og er af særlig betydning for fremstilling af farmaceutisk relevante forbindelser.
DICHLOR {bis [1,1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium (1) er en meget billig og let tilgængeligt, luft stabil og særdeles aktiv Heck katalysator med en fremragende funktionel gruppe tolerance, der effektivt opererer under mild reaktion betingelser giver koblingsprodukterne rent i meget høje udbytter. Den fremragende katalytisk aktivitet (og generelle anvendelighed) 1 skyldes de unikke egenskaber aminophosphines: mens den steriske bulk samt den σ-donoren styrke aminophosphines det væsentlige er den samme i forhold til deres phosphin-baserede analoger, sammenlignelige aktivitet blev fundet komplekser af typen [(P {(NC 5 H 10) 3 – n (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (hvor n = 0-3, figur 3) i krydskoblingsreaktioner hvor molekylære mekanismer er operative. På den anden side, den ustabilekarakter af PN obligationer aminophosphines (følsomhed over for protoner, i form af vand, f.eks) giver mulighed for effektivt at kontrollere dannelsen af palladium nanopartikler: stigende antal PN obligationer i ligander successivt letter deres vand-induceret nedbrydning og dermed dannelsen af nanopartikler fra de respektive komplekser. Følgelig, eftersom palladium nanopartikler er den katalytisk aktive form af en i Heck-reaktionen 35, som indikeret ved sigmoidale-formet kinetik 36, 37 eller en effektiv hæmning af katalyse efter tilsætning af et stort overskud af metallisk kviksølv til reaktionsblandingerne arylbromid, olefin og katalysator, for eksempel 38, samt deres detektering ved analyse af reaktionsblandinger eksemplarisk Heck krydskoblingsreaktioner af et transmissionselektronmikroskopi (TEM) udstyret med en energi Dispersive X-ray (EDX) analysator 35, substitution af en , 1 ', 1'' – (phosphinetriyl) tripiperidine af 1,1 '- (cyclohexylphosphinediyl) dipiperidin), 1 – (dicyclohexylphosphinyl) piperidin) eller tricyclohexylphosphin, hvilket successivt forøger kompleks stabilitet og dermed forsinker (vand-induceret) dannelse af nanopartikler deraf. Som en konsekvens, mens dichlor-bis (1 – (dicyclohexylphosphinyl) piperidin) palladium, er katalysatoren valg i Heck-reaktionen udføres ved 140 ° C blev den højeste katalytiske aktivitet opnået for dichlor {bis [1,1 ', 1 '' – (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) ved 100 ° C, den mindst stabile kompleks i denne serie.
Fig. 5. Virkningen af ligand sammensætning dichlor {bis (aminophosphine)} palladium med den almene formel [(P {(NC 5 H 10) 3 – n (C 6 H 11) n}) 2 Pd (Cl) 2] (hvor n = 0-2) på komplekset stabilitet og dermed på den lethed (vand-induceret) nanopartikel dannelse og dermed deres katalytiske ydeevne under mild reaktionsbetingelser i dælen krydskoblingsreaktion. Klik her for at se større billede.
Selvom de ovenfor beskrevne synteser samt Heck-reaktion protokoller er ligetil, nogle af de procedurer, fælles fejlfinding er: (a) sørge for, at tetrabutylammoniumbromidet nyligt købt eller opbevares korrekt (tetrabutylammoniumbromidet er hygroskopisk), (b) sørg for at tørre opløsningsmidler anvendes til ligand syntese, hvor der blev udarbejdet små mængder af ligand (c) sørge for, at 1 erenten frisklavet eller opbevares under en inaktiv atmosfære, (d) sørge for, at NMP eller DMF nyligt er købt, (e) sørge for, at kemikalierne er enten nyindkøbte eller opbevares korrekt, (f) ovn-tør hele glasvarer og køligt under vakuum.
The authors have nothing to disclose.
Finansiel støtte fra Zürich University of Applied Sciences, samt den schweiziske National Science Foundation (SNSF) anerkendes.
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% |