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在绿色溶剂中,用高效和多功能的trans-[Pd(NHC)Cl2(DMS/THT)]催化剂催化C-N和C-C 键合成的偶联反应

在目前的Buchwald-Hartwig和Suzuki-Miyaura 催化反应中,应用的最为广泛的是Nolan 的Pd-allyl,Organ的Pd-PEPPSI和Buchwald 的palladacycle 类型的催化剂。众所周知,在上述的催化反应中Pd-L是真正的催化剂,那么相应的配体会在催化阶段中脱落下来。作者注意到Organ的Pd-PEPPSI 类型的催化剂会释放出有毒的且具有高沸点的3-氯吡啶(148 °C)或吡啶。

另一方面,在一些C-N和C-C 键的催化偶联反应中,有些反应受到了很多反应条件的限制,比如过高的反应温度(>100 °C),过高的催化剂载入量,惰性气体氛围(C-C键偶联),昂贵的芳基溴代物或碘代物作为反应底物以及对环境不友好的反应溶剂(甲苯,1,2-二甲氧基乙烷和1,4-二氧戊烷),这些一系列的问题严重制约了其工业化进程。因此,对于在绿色溶剂中且温和的条件下进行Buchwald-Hartwig和Suzuki-Miyaura 催化反应来说合成具有高催化效率的,耐空气和水分的,更绿色环保的钯催化剂是一个值得思考的问题。


在本文中,作者使用了二甲基硫醚(DMS)或四氢噻吩(THT)作为配体的trans-PdCl2(DMS/THT)2前体,在碳酸钾及丙酮作为溶剂的温和条件(无惰性气体保护,40°C)下;高效的合成了一系列含有不同氮杂环卡宾的钯催化剂。需要强调的是,与配体3-氯吡啶相比,DMS有着更低的沸点(38 °C vs 148 °C)和毒性并且可以作为食品添加剂使。


在以2-甲基四氢呋喃为绿色溶剂和便宜的芳基氯为底物的Buchwald-Hartwig 反应中,与Pd-PEPPSI相比,trans-[Pd(NHC)Cl2(DMS)]表现出了更高的催化效率。当不同类型的仲胺和具有挑战的伯胺甚至低反应活性的脂肪族伯胺作为反应底物时;仅用了0.2 mol% 或者0.5 mol%的当量的催化剂,目标产物都可以有效的合成,这直接证明的了trans-[Pd(IPr#)Cl2(DMS)]的高效性和通用性。同时,作者也将合成的催化剂应用于Suzuki-Miyaura 催化反应中,在温和的条件下(常温,无惰性气体保护),且更绿色环保的乙醇做溶剂反应体系下;trans-[Pd(IPr)Cl2(DMS)]展示了和Pd-PEPPSI 相当的催化活性。当含有不同基团的芳基氯和不同基团的苯硼酸作为反应底物时,trans-[Pd(IPr)Cl2(DMS)](0.5 mol%)作为催化剂时;目标产物都可以高效的合成。再一次验证了trans-[Pd(IPr)Cl2(DMS)] 具有强的催化活性。

通过两种不同类型的C-N 和C-C偶联反应(Buchwald-Hartwig和Suzuki-Miyaura)的测试,与商业可得的Pd-PEPPSI 类型的催化剂相比,新合成的trans-[Pd(NHC)Cl2(DMS)] 有着相当或者更高的催化活性。作者相信,低毒性和低沸点的DMS作为配的trans-[Pd(NHC)Cl2(DMS)]的催化剂将是Pd-PEPPSI类型催化剂的完美替代品。

文信息

Versatile and Highly Efficient trans-[Pd(NHC)Cl2(DMS/THT)] Precatalysts for C−N and C−C Coupling Reactions in Green Solvents

Yaxu Liu, Vladislav A. Voloshkin, Dr. Thomas Scattolin, Min Peng, Prof. Dr. Kristof Van Hecke, Prof. Dr. Steven P. Nolan, Prof. Dr. Catherine S. J. Cazin


European Journal of Organic Chemistry

DOI: 10.1002/ejoc.202200309


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