Диссертация (Гетерогенные прекатализаторы реакций Соногаширы и Сузуки на основе иммобилизованных ациклических диаминокарбеновых комплексов палладия (II)х), страница 7

Было установлено, что катализатор Pd-NHC-9-PS, содержащийспейсер, проявляет несколько большую активность в сравнении с прекатализатором PdNHC-3-PS, что, по мнению авторов, обусловлено большей доступностью активныхкаталитических центров. Высокая активность прекатализатора Pd-NHC-9-PS былапродемонстрирована в реакциях различных арилбромидов и арилалкинов, содержащихкак электроноакцепторные, так и элекронодонорные заместители. Примечательно, чтовсе реакции проходили в отсутствии растворителя. Так, в оптимальных условиях при90°С с использованием Pd-NHC-9-PS (1 моль%) и Et3N (2 экв), рассматриваемыереакции сопровождались высокими выходами целевых продуктов (70-95%) (Схема1.19).

Время реакций варьировалось от 1.5 до 8 часов. При этом выход целевогопродукта в реакции арилхлоридов с фенилацетиленом даже через 12 часов не превышал30%.35Схема 1.19.Важно,чтообапрекатализаторавреакции1-йод-4-нитробензоласфенилацетиленом в ранее описанных условиях были способны на многократноеиспользование в течение пяти циклов. При этом прекатализатор Pd-NHC-8-PS, включаяэксперименты с повторным использованием, показал большую сравнительнуюэффективность. Регрессия активности Pd-NHC-8-PS, выражающаяся в разностиколичеств образующегося продукта при переходе от первого к шестому циклу, непревышала 20% (1-5: 95-90-90-80-75%).

Однако стоит отметить, что в данной работе неприведено данных «теста горячей фильтрации» и количественного определениявымывания палладия в раствор с носителя в процессе реакции.Ранеебылопоказано,чтонаиболеепростымспособомсинтезаN-гетероциклических комплексов палладия(II), иммобилизованных на полистирол,является прямое металлирование предварительно функционализированных солямиимидазолия носителей с помощью Pd(OAc)2.

При этом природа противоиона виммобилизованной соли имидазолия может быть варьирована в широком пределе засчѐт анионного обмена с имидазолилхлорид-функционализированной смолой (1PS(Cl)). В связи с этим представляется интересным рассмотреть влияние противоионана устойчивость и каталитическую активность иммобилизованного комплекса палладия.Связь природы противоиона в составе N-гетероциклических комплексов палладия(II),иммобилизованных на полистирол, с каталитической активностью и стабильностьюисследуемых прекатализаторов в условиях реакции Соногаширы, описано в работенаучной группы Луиса [22].36Схема 1.20.Реакция йодбензола с фенилацетиленом в среде ДМФА при температуре 70°С,катализируемая 0.1 моль% прекатализатора в присутствии бензоата тетрабутиламмония(TBAB) как основания, была выбрана в качестве модельной реакции (Схема 1.20).

Прииспользовании прекатализатора Pd-NHC-1-PS(Cl) отмечался индукционный периодболее 10 часов. Однако по прошествии 24 ч реакция заканчивалась с образованиемцелевого продукта, выход которого составил 90%. В тоже время прекатализатор PdNHC-1-PS(TfO) в идентичных условиях показал значительно меньшую каталитическуюактивность, при этом выход продукта после 24 часов реакции не превышал 3%.Системы, содержащие другие противоионы (SbF6-, BF4-,  NTf2-), демонстрировалисущественно большую каталитическую активность.

Наименьший индукционный период(˂50 минут) и наибольшую скорость реакции продемонстрировала каталитическаясистема на основе иммобилизованных N-гетероциклических комплексов палладия(II),где противоионом нанесѐнной соли имидазолия являлся SbF6-. Далее для противоионовнаблюдался следующий порядок активности: SbF6- >  BF4- > NTf2-. Во всех случаяхкинетические кривые обладали ярко выраженным сигмовидным характером, что, помнениюавторов,последующегосогласуютсяспоследовательнымавтокаталитическогостабилизированныхпалладиевыхпроцесса.кластеровмеханизмомПосленачинаетсянуклеацииобразованиярастворениеианионкластерапосредством двух возможных процессов: 1) реакции окислительного присоединенияарилйодида с поверхностным атомом палладия с последующим высвобождением изкластера; 2) реакции окислительного присоединения арилйодида с палладием, ужеперешедшим в растворс с поверхности кластера. За счет постепенного растворениякластера происходит повышение концентрации в наивысшей степени активных37каталитическихпалладиевыхформ,что,врезультате,придаетпроцессуавтокаталитический характер.

По окончании каталитического цикла, атомарная формапалладия способна к повторной кластеризации.На основании приведенных литературных данных можно заключить, чтоисследования в области создания новых гетерогенных прекатализаторов для проведенияреакций кросс-сочетания являются актуальными. Применение таких прекатализаторовдля реакций кросс-сочетания дает важные преимущества, связанные с возможностьюрегенерирования и повторного многократного использования данных каталитическихсистем, в том числе, использование карбеновых комплексов позволяет повыситьстабильность гетерогенной каталитической системы к вымыванию палладия в концереакции. Однако, иммобилизация в виде соответствующих комплексов достаточнотрудоемкаязадача,частоассоциированнаяснизкойстепеньюпредельнойфункционализации носителя.

В связи с этим использование в качестве альтернативыиммобилизованных ациклических комплексов может позволить при сохранениипреимуществ каталитических систем на основе диаминокарбеновых комплексовупростить процедуру их получения и варьирования структуры, а также повысит степеньи селективность функционализации поверхности.382. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ2.1. Исследование возможности использования металл-промотируемойреакции бензгидриламина с изоцианидными комплексами палладия(II) дляодновременногогенерированияииммобилизацииациклическихдиаминокарбеновых комплексов палладия(II) на полимерном носителеНа начальном этапе настоящего исследования ключевой задачей являласьразработкапростойиэффективнойсинтетическойстратегиииммобилизацииациклических диаминокарбеновых комплексов палладия(II) (ADC-PdII) на гетерогенномносителе.

В основе подхода к решению этой задачи лежала идея использования хорошоизвестной металл-промотируемой реакции присоединения N-нуклеофилов к связи C≡Nизоцианидных лигандов в составе комплексов палладия [10, 11, 49, 50]. Все известныепримеры вышеупомянутой реакции до настоящего исследования проводились только вгомогенных условиях. Данные работы внесли серьезный вклад в понимание механизмови границ применимости металл-промотируемой реакции в синтезе ациклическихдиаминокарбеновых комплексов палладия(II), превращая этот метод в простой иуниверсальный способ получения последних с возможностью широкого варьированияструктуры. ADC-PdII комплексы, полученные посредством металл-промотируемойреакции изоцианидных комплексов палладия(II) c аминами [51], гидразинами [52–55],гидразонами [56, 57], карбогидразидами [58], 1,3-дииминоизоиндолином [59], 3иминоизоиндолин-1-онами [60] и амидинами [61] зарекомендовали себя в качествеэффективных и легкодоступных прекатализаторов в реакциях Сузуки и Соногаширы.При этом главным недостатком гомогенных каталитических систем являетсяневозможность регенерации прекатализатора и его повторного использования.

Широкораспространенным общим подходом для преодоления этих проблем являетсяиммобилизация каталитически активных комплексов на нерастворимом носителе, чтопозволяет регенерировать каталитическую систему после реакции и делает ее способнойна многократное использование. Кроме того, повсеместное ужесточение экологическихтребований делает еще более актуальными исследования направленные на разработкугетерогенных каталитических систем [7]. Стоит отметить, что в недавно появившихсяработах упоминается о потенциальной возможности синтеза нанесенных ADC-PdIIкомплексовчерезстирилзамещенногополимеризациюкомплекса(Схемапредварительно2.1,39соединениесинтезированного1)[51]илипутемиммобилизации силилированных ADC-PdII комплексов на кремнийоксидном носителе(Схема 2.1, соединение 2) [62].Схема 2.1.В то же время вышеназванные исследования ограничились синтезом субстратовпрекурсоров без осуществления последующего синтеза самих иммобилизованныхкомплексов, что может косвенно указывать на возможные сложности в реализациисоответствующих стратегий.Перспективудлярешенияданнойпроблемыоткрываетпотенциальнаявозможность использования металл-промотируемой реакции аминов с изоцианиднымисубстратами для одновременного генерирования и иммобилизации ADC-PdII нааминофункционализированом носителе, что и стало центральным вопросом нашегоисследования.

Выбор аминофункционализированного носителя являлся исходныммоментом в разработке. Поиск осуществлялся в соответствии со следующимикритериями: 1) инертность носителя в условиях реакции; 2) легкость отделенияносителяотреакционногораствора;коммерческая3)доступность. В результате поиска была выбрана полистиролбензгидриламиновая смола (BHA@PS, Bachem).Важной для начального этапа исследования являласьоценкавозможностиивыявлениеспецифическихособенностей протекания металл-промотируемой реакциибензгидриламинавыбранногообразованием(функциональноносителяцелевыхBHA@PS)ADC-PdII.активногосзвенаизоцианиднымиСинтезированныекомплексамисоединениявпалладиясдальнейшемпланировалось исследовать на каталитическую активность в условиях реакции40Соногаширы и Сузуки с целью определения перспектив иммобилизации данныхкомплексов для получения гетерогенных прекатализаторов.Ранее в работе группы Хашми [51] была показана возможность протеканияметалл-промотируемой реакции нуклеофильного присоединения широкого наборапервичных и вторичных аминов с изоцианидными комплексами палладия составаPdCl2(CNR)2 с образованием серии ациклических диаминокарбеновых комплексовпалладия(II).

Реакция протекала в среде тетрагидрофурана при комнатной температуре.На начальном этапе металл-промотируемая реакция нуклеофильного присоединениябензгидриламина к бис-изоцианидному комплексу 1а осуществлялась в условиях,описанных в этой работе. Однако вместо ожидаемого комплекса 2aBHA (Схема 2.2) вкачестве основного продукта был выделен комплекс, при характеризации которого спомощью спектроскопии ЯМР 1H в области химических сдвигов трет-бутильных группнаблюдалось завышение интенсивности сигнала на 9 протонов.Схема 2.2.Комплекс был выделен с выходом 47% (по мере формирования выпадал изреакционной смеси в осадок).