Катализ низкомолекулярными комплексами.

Высокий уровень активности арилйодидов и арилбромидов в реакциях кросс-сочетания наблюдается для многих палладиевых катализаторов на основе N-гетероциклических карбенов [103-108]. При использовании низкомолекулярных комплексов в качестве катализаторов реакций кросс-сочетания исследователи двигались по пути поиска комплексов, которые могли бы эффективно катализировать реакции с участием арилхлоридов. Арилхлориды являются привлекательными как сырье для реакций кросс-сочетания, используемых в промышленности, вследствие их дешевизны и широкой применимости, но являются менее реакционноспособными, чем соответствующие бромиды и йодиды. Вследствие этого неудивительно, что разработка катализаторов для кросс-сочетания неактивных хлораренов привлекла значительное внимание исследователей [98].

Реакция Сузуки (Suzuki).

В настоящее время использование борорганических производных в реакциях кросс-сочетания (реакция Сузуки) [109-111] находит наиболее широкое применение из-за коммерческой доступности и широкого разнообразия борных кислот и их эфиров. Кроме того, образующиеся в ходе синтеза побочные продукты нетоксичны и выходы реакции достаточно высоки при использовании многих растворителей, включая спирты и воду. Реакция толерантна к широкому диапазону функциональных групп, и, как следствие, могут использоваться сложные реагенты. Природа начального прекатализатора, растворителя, и основания крайне важна для успеха реакции сочетания, особенно в сложных случаях. Арилборные кислоты - это наиболее часто используемые нуклеофильные реагенты реакции Сузуки.

Палладиевые катализаторы, содержащие N-гетероциклические карбеновые лиганды, полученные in situ из солей имидазолия, показали высокую активность на примере реакции кросс-сочетания арилхлоридов и арилборных кислот. В группе Нолана (Nolan) были проведены обширные исследования сочетания Сузуки хлораренов при использовании в качестве прекатализаторов солей различных N,N'-диарилимидазолов [112]. При оптимальном соотношении - IPr·HCl / Pd(dba)₂ (dba - дибензилиденацетон) или IMes·HCl / Pd(OAc)₂ в диоксане с использованием в качестве основания Cs₂CO₃ наблюдались достаточно высокие выходы бифенилов (табл. 2, метод А) при 80°C.

Таблица 2.

Метод A: IPr·HCl или IMes·HCl (2 мол.%), Pd(OAc)₂ или Pd(dba)₂ (1 мол.%); 2 (2.5 mol%), Pd(OAc)₂ (2.5 мол.%), Cs₂CO₃, диоксан, 80°C.

Метод Б: IPr·HCl (2 мол.%), NaOMe, MeOH/толуол, 10 мол.% TBAB, 40°C.

Метод В: 1 (2 мол.%), Pd(OAc)₂ (2 мол.%), KF/[18]краун-6, ТГФ, 50°C.

Сводная таблица катализа.

	Соли имидазола	Источник Pd	Метод	Выход, %
	IPr·HCl IMes·HCl IPr·HCl	Pd(dba)2 Pd(OAc)2 Pd(dba)2	А А Б
	IPr·HCl	Pd(dba)2 Pd(OAc)2	Б В
	IPr·HCl IMes·HCl	Pd(dba)2 Pd(OAc)2 Pd(OAc)2	А А А
	IPr·HCl	Pd(dba)2 Pd(OAc)2	Б В
	IPr·HCl	Pd(OAc)2 Pd(OAc)2	А В
	IPr·HCl IMes·HCl	Pd(dba)2 Pd(OAc)2 Pd(OAc)2	А А А
	IPr·HCl IMes·HCl	Pd(dba)2 Pd(OAc)2 Pd(OAc)2	А А А
	IPr·HCl IMes·HCl IPr·HCl	Pd(dba)2 Pd(OAc)2 Pd(dba)2	А А Б

Немногим позднее Каддик, Клок и др. (Caddick, Cloke) применяли тот же самый предшественник катализатора IPr·HCl / Pd(dba)₂ в бифазной смеси толуола и метанола с метилатом натрия, используемым как основание (схема 21, метод Б) [113]. Даже при том, что температура, используемая в этой схеме синтеза, была только 40°C, использование двух растворителей и 10 мол. % тетрабутиламмонийбромида ограничивает её практическую применимость.

Фэйрлэмб (Fairlamb) и др. в своём исследовании нашли способ увеличить выход этой каталитической схемы синтеза при использовании аналогов Pd₂(dba)₃, синтезированных из производных 4,4'-дизамещённого дибензилиденацетона (dba), содержащих электронодонорные заместители [114]. Увеличение выходов объясняют образованием in situ активной формы катализатора [(IPr)Pd(η²-dba)]; дибензилиденацетон также выступает в роли лиганда, скоординированного через одну или две алкеновые связи, и в данном случае служит варьируемым лигандом.

Жанг и Трудель (Zhang and Trudell) разрабатывали хелатообразующие аналоги IMes с различной структурой [115]. Было установлено, что соли бис -имидазола 2 (табл. 2) являются весьма активными в реакции Сузуки неактивизированных арилхлоридов в условиях, разработанных Ноланом и сотрудниками.

Совсем недавно Андрюс (Andrus) и сотрудники открыли новое семейство N-фенантрильных предшественников N-гетероциклических карбеновых лигандов. Использование соли 1 (cхема 21) в реакции Сузуки приводит к быстрому образованию бифенилов при комнатной температуре с Pd(OAc)₂ в THF с использованием KF/[18]краун-6 как основания [116]. При комнатной температуре выходы были довольно умереными, однако увеличение температуры до 50°C привело к существенному увеличению выходов и сокращению времени реакции. Лиганд 1 также показал высокую активность в случае использования стерически затруднённых орто -замещённых регентов и гетероциклических соединений (табл. 2, схема 21).

Схема 21.

[(IAd)₂Pd] (схема 22) был первым всесторонне изученным палладиевым комплексом на основе N-гетероциклического карбена, ставшим превосходным катализатором для сочетания неактивированных арилхлоридов при комнатной тем-пературе в диоксане с CsF в качестве основания [119]. Однако ввиду больших стерических затруднений, создаваемых объёмными адамантильными группами вокруг палладиевого центра, при использовании орто -замещённых реагентов наблюдается снижение выходов реакции.

Схема 22.

Точно так же [(IPr)₂Pd] и [(SIPr)₂Pd] (схема 22), полученные Каддиком и Клоком, были эффективны при 40°C в смеси толуол/метанол с NaOMe в качестве основания. Однако, использование солей имидазола и [Pd(dba)₂] привело к увеличению выходов и уменьшению времени реакции сочетания, свидетельствуя о том, что изначальная активация прекатализатора крайне важна в каталитическом цикле [120].

На сегодняшний день комплексы двухвалентного палладия и N-гетероциклических карбенов также достигают высоких каталитических показателей. Смешанный комплекс [(IPhEt)PdI₂-(PCy₃)], синтезированный Херманном, привел к высоким выходам (до 90%) в кросс-сочетании хлорбензола и простых борных кислот в ксилоле при 130°C и K₂CO₃ в качестве основания [121].

Нолан и сотр. использовали катализаторы 3, 4, 5 и 6 в синтезе многих стерически затруднённых и гетероатомных биарилов [122-127], винилборные кислоты также показали высокие выходы (схема 23).

Наиболее активный катализатор 6 (0,05 мол. %) даёт более чем 90% выходы за 15 ч. [126]. Эта схема синтеза очень выгодна из-за использования недорогого растворителя, а именно, технического изопропилового спирта, и использования всего 1,05 эквивалентов борной кислоты при комнатной температуре.

Согласно вышеизложенному можно констатировать, что в области гомогенного катализа реакции Сузуки при использовании в качестве катализаторов N-гетероциклических карбеновых комплексов применительно ко многим субстратам исследователями достигнуты очень высокие показатели.

Схема 23.

Реакция Хека (Heck). Сочетание алкенов с арилгалогенидами, катализируемое комплексами палладия, известно под названием реакция Хека (схема 24). С использованием этой реакции были осуществлены многие эффективные синтезы сложных органических молекул.

Схема 24.

R = алкенил, арил, аллил, алкинил, бензил; Х = галогенид, трифлат; R' = алкил, алкенил, COOR, OR, SiR₃.

В работе [81] продемонстрирован пример использования комплексов 7 и 8 в сочетании арилбромидов и арилхлоридов с бутилакрилатом (схема 25). Выход продуктов достигал 99%, несмотря на невысокие загрузки (10^-3 мол. % - 1 мол. %) катализаторов (табл. 3).

Таким образом, на примере реакции Хека можно сказать, что комплексы N-гетероциклических карбеновых лигандов представляются весьма перспективными катализаторами для данного типа реакций и повышенный интерес исследователей к ним вполне обоснован.

Схема 25.

Таблица 3.

Сводная таблица катализа.

Реакция цианирования.

Бензонитрилы представляют значительный интерес для органической химии, как неотъемлемая часть красителей, гербицидов, агрохимикатов, фармацевтических препаратов и натуральных продуктов. Нитрильная группа также выступает в качестве важной промежуточной структуры для множества всевозможных преобразований в другие функциональные группы. Например, синтез флувоксамина (схема 26).

В этой связи в последние годы значительное внимание уделяется использованию Pd катализаторов в реакциях цианирования арилгалогенидов – преимущественно на основе фосфиновых лигандов и Pd/C [128]. Для того чтобы осуществить эту реакцию, весьма привлекательную для промышленного применения, исследователи постепенно перешли на гетерогенные Pd катализаторы реакции цианирования. Так, в работе Хатсуда (Hatsuda) [129, 130] сообщается о высоких выходах арилнитрилов из арилбромидов при использовании Pd/C с

Схема 26.

Zn(CN)₂ в присутствие PPh₃ и ZnBr₂ (табл. 4). Такие функциональные группы, как ацетил, гидрокси, амино- и сульфидная, были совместимы в условиях реакции.

Таблица 4.

Сводная таблица катализа.

ArBr	T, °C	t, ч.	Выход, %

Подводя итог данной части литературного обзора, можно констатировать тот факт, что комплексы N-гетероциклических карбеновых лигандов на сегодняшний день зарекомендовали себя, как перспективные катализаторы реакций кросс-сочетания, совмещая ряд полезных свойств: простоту синтеза, широкие возможности модификации, устойчивость на воздухе и др.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: