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Palladium-katalysierte Kreuzkupplungen und verwandte Reaktionen

Palladium-katalysierte C-C-Verknüpfungsreaktionen - Übersicht 1

Während bei frühen Forschungsarbeiten zu Kreuzkupplungen auch Nickel als Katalysator eingesetzt wurde, ging die Entwicklung bald hin zu Palladium-Katalysatoren. Viele der in der 1970er Jahren entdeckten Reaktionen gehören mittlerweile zu den etablierten Synthesemethoden der Organischen Chemie.

Kumada-Kupplung

Kumada et al. publizierten im Jahre 1972 eine Nickel-katalysierte Methode zur Kreuzkupplung von Magnesium-organischen Verbindungen (Grignard-Reagenzien) mit Alkenyl- und Arylchloriden. Die Reaktion kann auch mit Palladium-Katalysatoren durchgeführt werden. Nachteil ist die hohe Reaktivität der eingesetzten Grignard-Verbindungen und die damit verbundene Inkompatibilität zu vielen funktionellen Gruppen.

Abb.1
M. Kumada, K. Tamao, K. Sumitani (1972)

Literatur: Tamao, K.; Sumitani, K.; Kumada, M. (1972): Selective Carbon-Carbon Bond Formation by Cross-Coupling of Grignard Reagents with Organic Halides. Catalysis by Nickel-Phosphine Complexes. In: J. Am. Chem. Soc.. 94 (12) , 4374-4376

Heck-Reaktion

Nach ersten Veröffentlichungen zu Palladium-vermittelten C-C-Verknüpfungsreaktionen publizierten Heck et al. 1972 die klassische Variante der Palladium-katalysierten Alkenylierung, Arylierung und Benzylierung von Alkenen. Bei der sogenannten Heck-Reaktion handelt es sich formal nicht um eine klassische Kreuzkupplung. Der Mechanismus verläuft nicht über eine Transmetallierung. Stattdessen wird die neue C-C-Bindung durch eine Addition einer Palladium-organischen Verbindung an das Alken gebildet. Dieser besondere Mechanismus eröffnet viele verschiedene mögliche Folgereaktionen und Reaktionsvarianten, die die Heck-Reaktion zu einer äußerst vielfältigen Synthesemethode machen.

Abb.2
R. F. Heck, J. P. Nolley Jr. (1972)

Literatur: Heck, R. F.; Nolley Jr., J. P. (1972): Palladium-Catalyzed Vinylic Hydrogen Substitution Reactions with Aryl, Benzyl, and Styryl Halides. In: J. Org. Chem.. 37 (14) , 2320-2322

Negishi-Kupplung

Bei der von Negishi et al. 1977 vorgestellten Kreuzkupplung werden Zink-organische Verbindungen als nucleophile Kupplungspartner eingesetzt. Als Katalysatoren können sowohl Palladium- als auch Nickel-Verbindungen verwendet werden. Vorteil der Negishi-Kupplung ist die Toleranz gegenüber vielen funktionellen Gruppen.

Abb.3
E. Negishi, A. O. King, N. Okukado (1977)

Literatur: Negishi, E.; King, A. O.; Okukado, N. (1977): Selective Carbon-Carbon Bond Formation via Transition Metal Catalysis. 3. A Highly Selective Synthesis of Unsymmetrical Biaryls and Diarylmethanes by the Nickel- or Palladium-Catalyzed Reaction of Aryl- and Benzylzinc Derivatives with Aryl Halides. In: J. Org. Chem.. 42 (10) , 1821-1823

Suzuki-Kupplung

Für Kreuzkupplungen nach Suzuki et al. werden Bor-organische Verbindungen verwendet, z. B. Alkenylborane, die in vielen Fällen leicht durch Hydroborierung aus den entsprechenden Alkinen zugänglich sind. Suzuki-Kupplungen laufen in der Regel in Gegenwart von Basen ab, um die eingesetzten Borane in Borate zu überführen, die die eigentlichen Reaktionspartner für die Transmetallierung darstellen.

Abb.4
A. Suzuki, N. Miyaura (1979)

Literatur: Miyaura, N.; Suzuki, A. (1979): Stereoselective Synthesis of Arylated (E)-Alkenes by the Reaction of Alk-1-enylboranes with Aryl Halides in the Presence of Palladium Catalyst. In: J. Chem. Soc., Chem. Comm.. , 866-867

Stille-Kupplung

Nach Stille et al. können auch Zinn-organische Verbindungen als nucleophile Kupplungspartner in Kreuzkupplungen eingesetzt werden. Die leichte Verfügbarkeit Zinn-organischer Verbindungen macht die Stille-Kupplung zu einer häufig eingesetzten Synthesemethode.

Abb.5
J. K. Stille, D. Milstein (1979)

Literatur: Milstein, D.; Stille, J. K. (1979): Palladium-Catalyzed Coupling of Tetraorganotin Compounds with Aryl and Benzyl Halides. Synthetic Utility and Mechanism. In: J. Am. Chem. Soc.. 101 (17) , 4992-4998

Sonogashira-Kupplung

Sonogashira et al. stellten mit ihrer Methode eine Möglichkeit vor, terminale Alkine in Palladium-katalysierten Kreuzkupplungen einzusetzen. Reaktionspartner für die Transmetallierung sind Alkinyl-Kupfer-Verbindungen, die in einem parallel ablaufenden Katalysecyclus aus den Alkinen und einem Kupfer-Katalysator für die Kreuzkupplung bereitgestellt werden.

Abb.6
K. Sonogashira, Y. Tohda, N. Hagihara (1975)

Literatur: Sonogashira, K.; Tohda, Y.; Hagihara, N. (1975): A Convenient Synthesis of Acetylenes: Catalytic Substitutions of Acetylenic Hydrogen witk Bromoalkenes, Iodoarenes, and Bromopyridines. In: Tetrahedron Lett.. 16 (50) , 4467-4470

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