tpgsv1

水中的交叉耦联

在水中代替有机溶剂进行过渡金属催化的交叉偶联化学反应在成本、环境影响、安全性和杂质分布等方面具有许多潜在的益处。对“绿色”化学过程越来越多的关注进一步促进了该领域的最新发展。然而,在水中实施反应的实际方法,特别是在室温下和对于不溶于水的有机底物,并不总是明确的。已经应用于广泛的过渡金属催化过程的一种解决方案,是在水中使用少量形成纳米胶束的两亲物,其提供可以发生交叉偶联反应的亲脂性介质1,2

胶束催化

从2008年开始,Bruce Lipshutz教授的研究小组发表了一系列论文,证明了室温下表面活性剂促进的过渡金属催化化学反应在水中的可行性。 使用各种市售表面活性剂,发现许多钯和钌催化的过程适合于在水中进行温和的室温反应。可以使用标准萃取程序以高分离产率从水相中回收产物2,3

第二代两亲物:TPGS-750-M

Lipshutz及其同事最近开发了第二代技术,用于基于聚氧乙戊基-α-生育酚琥珀酸酯衍生物TPGS-750-M的原始PTS表面活性剂。该特别设计的表面活性剂由亲脂性α-生育酚基团和亲水性PEG-750-M链组成,由廉价的琥珀酸接头连接。在水中溶解后,两亲物自发形成胶束。TPGS-750-M的亲脂性和亲水性组分的平衡及组成是特别设计的,以有效地在水中实现比在PTS中更广泛的化学方法。此外,这种新的、更实用的表面活性剂可以很容易地替代老的两亲物,无论在产率还是反应时间方面,通常都具有相同或更高的效率1,2

ts-tpgs-750-m-fig2-strux

烯烃复分解

采用第二代Grubbs催化剂(2 mol %),各种亲脂性底物在室温下能够成功地在水中进行闭环或交叉复分解,从而以较高分离产率生成所需的产物。反应在2.5% TPGS-750-M / 水中进行,产率等于或略好于使用各种其他表面活性剂-水组合进行的反应1

ts-tpgs-750-m-fig3_olefin

Pd催化的交叉偶联反应

现在,各种广泛使用的钯催化的交叉偶联反应可以在温和的室温条件下在水和TPGS-750-M中进行,现有各种市售的钯复合物和配体。这些转化,包括Suzuki-Miyaura、Sonogashira、Buchwald-Hartwig胺化、以及Heck偶联在内,是工业和学术界最常用的键合反应之一1

ts-tpgs-750-m-fig4_Pd

类似地,使用胶束催化和双(二丁基膦基)二茂铁氯化钯络合物的操作简单的Suzuki-Miyaura反应,提供了在室温下使用三乙胺作为碱获得空间拥挤底物的途径。

Sonogashira反应和Buchwald-Hartwig胺化反应也适合在水和TPGS-750-M中反应,反应中使用前者中的氯化钯 / X-Phos组合以及后者中的烯丙基氯化钯/ cBRIDP1

ts-tpgs-750-m-fig5_sonogashira

使用Pd[P(t-Bu)3]2作为含有TPGS-750-M(5 wt %)的本体水性环境中的钯源,可以成功地进行与芳基碘化物的Heck交叉偶联,从而避免了通常与Heck反应有关的高温要求。

芳基和烷基卤化物之间的锌介​​导的Negishi样偶联,可以在水性TPGS-750-M中进行。在这些条件下,对湿度高度敏感的有机卤化锌由卤代烷和锌粉原位形成,然后在钯催化下与芳基卤反应。借助于表面活性剂和RZnX的稳定配体,例如四甲基乙二胺(TMEDA),这整个过程都在水中进行,产生各种伯和仲烷基取代的芳族化合物。催化剂的选择对反应的成功与否至关重要;发现Pd(Amphos)Cl2是最佳催化剂1

ts-tpgs-750-m-fig6_negishi

C-H激活反应

与化学计量氧化剂苯醌和硝酸银组合使用的阳离子钯,成功地催化了用这种两亲物在室温下在水中进行各种芳基乙酰胺的正交功能化1

ts-tpgs-750-m-fig7_C-H
材料
Loading
1.
Lipshutz BH, Ghorai S, Abela AR, Moser R, Nishikata T, Duplais C, Krasovskiy A, Gaston RD, Gadwood RC. 2011. TPGS-750-M:A Second-Generation Amphiphile for Metal-Catalyzed Cross-Couplings in Water at Room Temperature. J. Org.Chem.. 76(11):4379-4391. http://dx.doi.org/10.1021/jo101974u
2.
Lipshutz BH, Ghorai S. 2012. "Designer"-Surfactant-Enabled Cross-Couplings in Water at Room Temperature. Aldrichimica Acta. 45(1):3-16.
3.
Lipshutz BH, Ghorai S. 2008. Transition-Metal-Catalyzed Cross-Couplings Going Green: in Water at Room Temperature. Aldrichimica Acta. 41(3):59-72.