Диссертация (Гетерогенные прекатализаторы реакций Соногаширы и Сузуки на основе иммобилизованных ациклических диаминокарбеновых комплексов палладия (II)х), страница 6

Возможная гомогенная природа катализапри использовании прекатализатора 4 была исключена с помощью классического длягетерогенных систем «теста горячей фильтрации».29Схема 1.16.Познее Херрманн и соавт. сообщили о синтезе стабильного высокоактивногогетерогенного прекатализатора на основе иммобилизованного на полистирол хелатногоN-гетероциклического карбенового комплекса палладия(II) [31]. В оптимизированныхусловиях в реакциях арилбромидов (4-бромбензальдегида, 4-бромацетофенона, 4броманизола)с фенилбороновойкислотой (Схема1.17)в средетолуоласиспользованием Сs2CO3 прекатализатор 6 (0.25 моль%) был способен на использованиев течение четырех циклов. Отсутствие вымывания палладия с поверхности носителя впроцессе реакции было подтверждено с помощью «теста горячей фильтрации».Схема 1.17.Существует интересный пример использования в качестве прекатализаторареакции Сузуки линейного полимера 7 [29], полученного путем полимеризации стирилфункционализированного N-гетероциклического карбенового комплекса палладия(II)7.0, полученного, в свою очередь, из природного алкалоида пуринового ряда теобромина.

Природа такого прекатализатора существенно отличается от большинствапредставленных в этом обзоре, синтезированных на основе нерастворимых кросссшитых функционализированных полистиролов. Вместе с тем высокая растворимостьданногополимеравбольшинствеорганическихрастворителейнемешалаиммобилизованному N-гетероциклическому комплексу палладия(II) в водной средевыступать в качестве гетерогенного прекатализатора, в том числе для повторного30применения. Так, прекатализатор 7 (0.5 моль%) был способен на трехкратноеиспользование в реакции 4-бромтолуола с фенилбороновой кислотой в водной среде притемпературе 80°С (Схема 1.18). В качестве основания выступал K2CO3 (1.5 экв).

Каждыйцикл реакции осуществлялся в течение 6 часов. При этом потеря в каталитическойактивности не превышала 6% (1-й цикл: 67%, 2-й цикл: 65%, 3-й цикл: 61%). Такимобразом, кросс-сшитая природа носителя не является обязательным условием дляуспешной регенерации иммобилизованного NHC-Pd комплекса. Однако стоит отметить,что в данной работе не приведены результаты «теста горячей фильтрации» иликоличественного определения вымывания палладия в раствор с носителя в процессереакции. Кроме того, при сравнении каталитической активности гетерогенной иструктурно аналогичной гомогенной (мономера) 7.0 каталитических систем, различийне обнаружено.Схема 1.18.Интересныйимногообещающийподходдляповышениявозможностирегенерации рассматриваемых каталитических систем заключается в металлировании[Pd(OAc)2 или PdCl2] специально синтезированного ИЖ-функционализированногополистирольного носителя, допированного наночастицами магнетита [23]. Полученныетаким образом прекатализаторы Pd-NHC-10-PS и 3 демонстрировали высокуюкаталитическую активность в реакции Сузуки.

Очевидным преимуществом даннойкаталитической системы являлась возможность отделения прекатализатора с помощьюпростоймагнитнойдекантации.ПрекатализаторPd-NHC-10-PS(0.02моль%)эффективно катализировал реакцию различных арилбромидов с фенилбороновойкислотой за 12 часов в среде EtOH/H2O (3:1) с использованием K2CO3 (3 экв.) иприводил к образованию целевых продуктов с высокими выходами (87-99%) (Схема311.15). Крупным практически важным достижением данной работы несомненно являетсято, что в модельных условиях на реакции пара-бромацетофенона с фенилбороновойкислотой при 70°С катализатор Pd-NHC-10-PS (1 моль%) показал многократнуювозможность регенерации без потери в каталитической активности в течениебеспрецедентного числа повторений (21 раз). Гетерогенная природа катализаподтверждалась отрицательным «тестом горячей фильтрации».

Кроме того, с помощьюИСП-АЭС анализа было показано, что после 21 цикла на носителе остается 99,8%палладия, что демонстрирует отсутствие вымывания палладия с носителя в процессереакции. Любопытно, что с помощью рентгенофазового анализа авторы показали, чтопосле реакции не происходит формирования наночастиц палладия на поверхностиносителя. Отсутствие агломерации палладия в наночастицы после реакции авторыобъясняют природой лиганда (объемного, прочно связанного с металлоцентром Nгетероциклического карбена).Схема 1.15.Между тем, при использовании арилхлоридов в качестве субстратов, требовалосьпроведение реакции при более высокой температуре (100°С). Но в этих условиях прииспользовании Pd-NHC-10-PS отмечалось заметное вымывание палладия (2-5%) вреакционный раствор с носителя.

Переход от прекатализатора Pd-NHC-10-PS киммобилизованному комплексу 3, содержащему в своем составе широко известныйстабилизирующийлиганд(3-хлорпиридин),позволилозначительностабильность каталитической системы при сохранении ее высокой активности.32повыситьПрименение прекатализаторов на основе иммобилизованных на полистиролациклическихреакциейдиаминокарбеновыхСузуки.Существуюткомплексовпримеры,гденевограничиваетсякачествеклассическойсубстратоввместоарилгалогенидов используют арилтриазены, что позволяет проводить реакцию в мягкихусловиях с высокой хемоселективностью. Так, в работе Луо [27] авторы проводилиреакцию 1-арилтриазенов с арилбороновыми кислотами с использованием 2 моль%прекатализатора Pd-NHC-3-PS (Схема 1.16). Реакция проходила в среде диоксана сиспользованием эквивалентного количества кислоты Льюиса (BF3∙OEt2) при комнатнойтемпературе в течение 8-12 часов с образованием целевых продуктов с высокимивыходами(71-96%).Традиционнобылапоказанавозможностьповторногоиспользования прекатализатора в течение 8 циклов без существенной потерикаталитической активности: разница выхода продукта на первом и восьмом циклах непревышала 14% (первый цикл 92%, восьмой – 78%).Схема 1.16.Гетерогенный прекатализатор Pd-NHC-3-PS, ранее разработанный Луо [27, 42–44], был использован в работе другой научной группы под руководством Редди [47] вмногостадийном синтезе оксазольных производных, обладающих потенциальнымиантибактериальной,противогрибковой,противотуберкулезной,ипротивовоспалительной активностями.

В основе многостадийного синтеза лежалареакция Сузуки 2-(5-цианонафтил)трифторметансульфоната с индолилборонатами.Реакция протекала в среде диметоксиэтана, с использованием Na2CO3 в качествеоснования (Схема 1.17). Гетерогенный прекатализатор сохранял высокую активность втечение, как минимум, шести циклов.33Схема 1.17.1.5.2. Использование N-гетероциклических карбеновых комплексовпалладия(II), иммобилизованных на полистирольный носитель, в реакцииСоногаширыПервое упоминание об использовании иммобилизованного на полистирол Nгетероциклического комплекса палладия(II) в качестве прекатализатора в реакцииСоногаширы опубликовано в работе научной группы Ли [48].Схема 1.18.Так, в оптимальных условиях при использовании прекатализатора 8 (1 моль%) иCs2CO3 в качестве основания при 60 °С в отсутствии инертной атмосферы и меди каксокатализатора («безмедная» реакция Соногаширы), кросс-сочетание арилйодидов сароматическимиалкинамипротекалособразованиемсоответствующихнесимметричных алкинов с высокими выходами 80-96% за 1-4 часа (Схема 1.18).Использование следующего по эффективности основания пиперидина на некоторыхсубстратах (арилбромиды и 4-йоданизол) оказывалось более предпочтительным.

Однаков данных условиях количество добавляемого основания оказывало критическое влияниена ход превращения. Так, в реакции 4-йоданизола с фенилацетиленом в средеДМФА/H2O(3:1) при 80°С с увеличением количества пиперидина выход продукта34понижался. При этом увеличение количества основания до 7 экв полностьюингибировалокаталитическуюсистему,что,помнениюавторов,связаноспотенциальной сложностью координации алкина к палладиевому центру в условияхслишком большого избытка пиперидина, способного выступать в качестве лиганда.Важно также отметить, что данная каталитическая система в реакции 4йодацетофенона с фенилацетиленом в оптимизированных условиях была способна намногократное использование в течение четырех циклов без потери в каталитическойактивности (1-4: 94, 93, 93, 94%).

Каждый цикл реакции проводился в течение часа.Кроме того, с помощью метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивносвязанной плазмой (ИСП-АЭС) было показано отсутствие вымывания Pd в раствор сносителя в процессе реакции.В работе Салунхе и соавт. [14] на примере иммобилизованных комплексов PdNHC-9-PS и Pd-NHC-3-PS в условиях реакции Соногаширы оценивалось влияниеналичия (Pd-NHC-9-PS) и отсутствия (Pd-NHC-3-PS) спейсера, связывающегокомплекс с поверхностью носителя, на каталитическую активность исследуемыхкаталитических систем.