(moderne) c-c-verknüpfungsreaktionen lukas hubener ac-f seminar 09. januar 2006
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(Moderne) C-C-
Verknüpfungsreaktionen
Lukas Hubener
AC-F Seminar 09. Januar 2006
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 2
C-C-Verknüpfungsreaktionen
N
O
O
OLi
H
O
N
O
O
OOLi
Pd0
R PdII X
R PdII R'
R X
R' MMX
R R'
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 3
Übersicht
Anwendungen
Kupfer-vermittelte C-C-Verknüpfungen
Nickel-vermittelte C-C-Verknüpfungen
Palladium-vermittelte C-C-
Verknüpfungen
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 4
C-C-Verknüpfungsreaktionen- Polyaromaten
Naturstoffchemie
Liganden für asymmetrische Katalyse
Organische (Halb-)Leiter
metal-organic frameworks
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 5
C-C-Verknüpfungen mit CuDie Ullman-Reaktion
1901: Symmetrische Kupplung von Arylhalogeniden
Unverträglich mit vielen Funktionalitäten (OH, NH2, COOH,…)
RI2 + 2 Cu0
R
R+ 2 CuI
200°C
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 6
C-C-Verknüpfungen mit CuDie Ullman-Reaktion MechanismusR
I + Cu0oxidative
Addition
RCu I
RCu
Cu CuI
RCu + I
oxidative
Addition
Cu
I
R
R
reduktive
Eliminierung+CuI
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 7
C-C-Verknüpfungen mit CuUllman-artige Reaktionen Kupplung von Organometallischen Verbindungen
N Br
BuLi
Et2O, -70°CN Li
CuI
N Cu
X
R
NR
+CuX
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 8
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd- Generelle Trends I
Effektivere Kupplungsreagenzien
Mildere Bedingungen
„unreaktivere“ Organometall-Verbindungen
Höhere Selektivität
Bessere Kompatibilität mit funktionellen Gruppen
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 9
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd- Generelle Trends II
Selten stöchiometrische Mengen Ni/Pd notwendig
Teilweise „co-reducing agents“
(in-situ Erzeugung von ÜM0)
Ni tieferes E0 als Pd --> Reaktion mit Arylchloriden
Pd kuppelt eine Vielzahl von Organometall-
Verbindungen
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 10
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd
- Die Kumada-Kupplung Kreuzkupplung von Aryl-Halogeniden mit
Grignard-Verbindungen (Kumada, Corriu 1972)
R' X + R MgX
NiI I(dppb)2Cl2oder
Pd(PPh3)4
R' RR = Aryl, Vinyl, AlkylR' = Aryl, Vinyl
Br Br + 2 MgBr1 % Ni(acac)2
Et2O, reflux
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 11
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd
- Die Kumada-Kupplung Mechanismus
Ni0L4 R' X
oxidative Addition
R'
NiII XL
L
R MgX
Metathese
R' NiII X
L
LR' NiII L
L
R
R R'
reduktiveEliminierung
MgX2
cis-/ trans-Isomerisierung
d10
18 VE
d8
16 VE
2 L
d10
14 VE
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 12
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd
- Die Kumada-Kupplung Effektivster Ligand: Bidentater
Diphosphinligand Bis-diphenylphosphinethan (dppe),
-propan (dppp),-butan (dppb), -ferrocen (dppf)
Cis-Konfiguration der Phosphingruppen im Diorganonickel-Intermediat
Ph2P PPh2
n
Ni0L2
R' NiII L
L
R
R R'
reduktiveEliminierung
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 13
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd
- Die Kumada-Kupplung Gefahr: β-H-Eliminierung
an sp3-hybridisiertem C
in β-Position
Ni0L2 R' X
oxidative Addition
R' NiI I X
L
L
HR
H
HH
LnÜM
HR
H
HH
LnÜM
H RH
HH
LnÜM LnÜMH +R
--> R' = Aryl, Alkenyl,
...
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 14
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd- Die Negishi-Kupplung
Kupplung von Organozink-Verbindungen
(Negishi 1977)
R' X + R ZnXNi(PPh3)4 oder
Cl2Pd(PPh3)2 + 2 iBu2AlHR' R
R = alkenyl, aryl, alkinyl, alkyl, benzyl, allylR' = alkenyl, aryl, allyl, benzyl
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 15
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd- Die Negishi-Kupplung
Mechanismus analog Kumada-Kupplung
Viele funktionelle Gruppen tolerieren Organozink-,
aber keine Grignard-Verbindungen
MgX
Li
ZnCl2ZnCl
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 16
C-C-Verknüpfungen mit Pd - Die Stille-Kupplung
Kupplung von Organozinn-Verbindungen
Mechanismus analog Kumada und Negishi Vorteil: Hohe Toleranz von funktionellen
Gruppen undStabilität der Stannane
Nachteil: Toxizität
R' X + R SnBu3Pd-Katalysator
R' R + XSnBu3
Halogenide: Säurechloride, Allyl, Benzyl, Alkenyl, Aryl
Stannane: Alkinyl, Alkenyl, Aryl, Allyl, Benzyl, Alkyl
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 17
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd- Die Suzuki-Kupplung
Kupplung von Aryl-Boronsäuren
B(OH)2 + BrR
2 eq K2CO3 / H2O3 mol% Pd(PPh3)4
Benzol
R
Halogenide: Aryl, Alkenyl, Alkinyl, Alkyl
alternativ: OTf-
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 18
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd- Die Suzuki-Kupplung
Mechanismus Pd0 Ar X
Ar PdII X
MOH
MX
Ar PdII OH
Ar PdI I Ar'
Ar' B
OH
OH
OH
MOHAr'B(OH)2M
M B(OH)4-
Ar Ar'
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 19
C-C-Verknüpfungen mit Ni & Pd- Die Suzuki-Kupplung
Synthese der Organobor-Reagenzien
Aus Organolithium- oder Grignard-Verbindungen
Hydroborierung von Alkinen und Alkenen
ArMgX + B(OMe)3H+/ H2O ArB(OH)2
O
HB
OB
O
O
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 20
C-C-Verknüpfungen mit Pd - Die Heck-Reaktion
Kupplung von aktivierten Alkenen
trans-selektiv
+Pd-Katalysator
Br
O
O
O
O
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 21
C-C-Verknüpfungen mit Pd - Die Heck-Reaktion
Pd0(PPh3)2
Ar Br
PdI IPh3P
PPh3
Ar
Br
O
O
R
PdPh3P
PPh3Ar
Br
Pd
PPh3
PPh3
BrR
ArH
R
PdPh3P
PPh3HBr
Ar
Ar
O O
PdI IPh3P PPh3
H
Br
BBH+/ Br-
π-Komplex
Insertion
σ-Komplex
β-H-Eliminierung
π-Komplex
reduktiveEliminierung
oxidativeAddition
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 22
Literatur
- M. Lemaire et al., Chem. Rev. 2002, 102, 1359-1469
- A. Suzuki, N. Miyaura, Chem. Rev. 1995, 95, 2457-2483
- O. Reiser, Chemie in unserer Zeit 2001, 35, 94-100
- C. Elschenbroich, Organometallchemie, 5. Aufl., Teubner, 2005
- http://www.organic-chemistry.org
- http://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/intro1.htm
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 23
C-C-Verknüpfungen mit Pd - Die Sonogashira-Kupplung
Kupplung von terminalen Alkinen
X + R(Ph3P)PdCl2
CuI, R3NR
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C-C-Verknüpfungsreaktionen - AC-F Seminar 09.01.06 - Lukas Hubener 24
C-C-Verknüpfungen mit Pd - Die Sonogashira-Kupplung
Ni0L2R' X
oxidative Addition
R'
NiII XL
L
Metathese
R' NiI I R
L
L
NiII L
L
R
R'
reduktiveEliminierung
H R'R''3N
R'
+ R''3NH+
Cu R'
CuX
R''3NH+X-
R'
R