Direkte kobling af arylhalogenider og alkyllithiumforbindelser ved palladiumkatalyse

Palladiumkatalysatorer hjælper med at syntetisere nøglekemikalier til mange industrier. Imidlertid, direkte reaktion af to grundlæggende reagenser, arylhalogenider og alkyllithiumforbindelser, forbliver en udfordring. Nu, et team af forskere har fundet ud af, at en katalysator indeholdende YPhos-ligander kan mediere denne reaktion selv ved stuetemperatur. Denne opdagelse kan bidrage til udviklingen af ​​mere bæredygtige processer i den kemiske industri, skriver forfatterne i journalen Angewandte Chemie .

Palladium-katalyserede kemiske processer er meget nyttige. Palladiumkatalysatorer hjælper med at koble simple kulstofholdige forbindelser til at danne mere komplicerede kemiske strukturer. Imidlertid, de har endnu ikke formået at koble to almindelige reagenser i kemisk syntese:arylhalogenider og alkyllithiumforbindelser. Blandt arylhalogeniderne, arylchlorider er almindelige syntesereagenser, der reagerer variabelt under palladium-katalyserede reaktioner for at producere biprodukter.

Til koblingsreaktioner med arylhalogenider og alkyllithiumforbindelser, kemikere tager normalt 'omveje' ved at tilføje mellemliggende syntesetrin. Desværre, hvert ekstra syntesetrin producerer kemisk affald og øger omkostningerne.

Dette problem fik Viktoria Däschlein-Gessner og hendes team fra Ruhr University Bochum til at undersøge nye palladiumkatalysatorer. De troede, at en funktionel katalysator ville lette mange kemiske synteser. "Koblingen af ​​arylchlorid og alkyllithiumreagenser repræsenterer en af ​​de mest udfordrende reaktioner og - hvis den lykkes - lover en bred anvendelighed, " forklarer forfatterne.

Efter at have testet forskellige eksisterende katalysatorer, forfatterne identificerede en lovende kandidat. Denne katalysator var baseret på en klasse af ylidsubstituerede phosphiner kaldet YPhos.

Kemikere bruger YPhos-holdige palladiumkatalysatorer til vanskelige koblingsreaktioner. YPhos-liganderne kombinerer et negativt ladet carboncenter og en positivt ladet phosphoniumgruppe (yliden) med en phosphin-ligand - phosphiner er typiske ligander i palladiumkatalyse. Denne ylid-phosphin ligand opsætning resulterer i særlige elektroniske egenskaber. Forskerne observerede, at ligandelektronikken hjalp med at aktivere arylhalogenider, hvilket er et afgørende trin i reaktionen mellem arylhalogenider og alkyllithiumforbindelser.

En af YPhos-klassen af ​​ligander, en ligand kaldet joYPhos, viste sig at have den mest gunstige arkitektur. Dens kombination af elektroniske egenskaber og en rumfyldende arkitektur undertrykte de mange sidereaktioner, der ellers opstod i koblingen.

Forfatterne bemærker, at prækatalysatorer indeholdende YPhos-ligander også fungerede ekstraordinært godt. Prækatalysatorer har deres ligander og en palladiumkilde forud anbragt i separate forbindelser. Ligesom to-komponent klæbemidler, de samles i reaktionsblandingen for at danne den effektive katalysator. Denne forhåndsordning gør deres håndtering brugervenlig, og forbindelserne er mere stabile end de frie ligander, ifølge forfatterne.

I en opskalering af reaktionen, forskerne syntetiserede en byggesten af ​​lesinurad, et lægemiddel, der bruges til behandling af gigt. De viste også, at katalysatoren fungerede godt for mange variationer af arylhalogenid- og alkyllithium-reagenserne. Disse resultater førte til den konklusion, at denne transformation er generelt anvendelig. Denne nye palladiumkatalysator kan således være med til at undgå dyre "omveje" i fremtidige organiske synteser.