Littérature scientifique sur le sujet « Ullmann-Goldberg cross-Coupling »

Cross-coupling reactions furnishing carbon–carbon (C–C) and carbon–heteroatom (C–X) bond is one of the most challenging tasks in organic syntheses. The early developed reaction protocols by Ullmann, Ullman–Goldberg, Cadiot–Chodkiewicz, Castro–Stephens, and Corey–House, utilizing elemental copper or its salts as catalyst have, for decades, attracted and inspired scientists. However, these reactions were suffering from the range of functional groups tolerated as well as severely restricted by the harsh reaction conditions often required high temperatures (150–200 °C) for extended reaction time. Enormous efforts have been paid to develop and achieve more sustainable reaction conditions by applying the microwave irradiation. The use of controlled microwave heating dramatically reduces the time required and therefore resulting in increase in the yield as well as the efficiency of the reaction. This review is mainly focuses on the recent advances and applications of copper catalyzed cross-coupling generation of carbon–carbon and carbon–heteroatom bond under microwave technology.

The Cu‐catalyzed Ullmann‐Goldberg cross‐coupling between aryl iodides and oxamates is shown to afford the corresponding N‐aryloxamates with yields ranging from moderate to excellent, when the oxamate precursor incorporates a bulky tertiary alkyl group effectively preventing product degradation under the strongly basic reaction conditions. The final oxamic acids are then generated through the acid hydrolysis of the oxamate in high yields. These acids were then converted into urethanes using PIDA under thermal conditions or a visible‐light Fe‐LMCT process. While electron‐deficient N‐aryl oxamic acids provide urethanes with high efficiencies, electron‐rich counterparts led to diminished yields due to aryl group over‐oxidation induced by PIDA.

Ce manuscrit présente un nouveau procédé de synthèse d’acides oxamiques aromatiques et leur utilisation en tant que précurseurs de radicaux carbamoyles, pour promouvoir une chimie plus verte et plus sûre des isocyanates. La première étape de ce procédé consiste en une réaction de couplage croisé d’Ullmann-Goldberg entre un iodure d’aryle et un oxamate primaire. Son optimisation a mis en évidence l’influence significative du substituant de l’oxamate sur le rendement de la réaction, et différents modes de désactivation du catalyseur. Un grand nombre d’oxamates aromatiques ont ainsi été synthétisés, et plusieurs bis(oxamates) ont été obtenus, élargissant les possibilités d'utilisation de cette méthode pour la synthèse de polymères. Ensuite, quelques-uns de ces oxamates ont été déprotégés en milieu acide pour former les acides oxamiques correspondants. Par une décarboxylation oxydante en conditions thermiques ou photocatalytiques, ces derniers ont enfin été utilisés comme précurseurs de radicaux carbamoyles dans le cadre de deux applications : la génération in situ d’isocyanates par leur oxydation pour la synthèse d’uréthanes, et leur addition sur des imines pour la synthèse d’amides d’α-aminoacides
This manuscript describes a new process for the synthesis of aromatic oxamic acids and their use as carbamoyl radical precursors, aiming to promote a greener and safer chemistry of isocyanates. The first step of this synthesis consists in an Ullmann-Goldberg cross-coupling reaction between an aryl iodide and a primary oxamate. Its optimization highlighted the significant influence of the oxamate substituent on the reaction yield, and the different modes of catalyst deactivation. A large number of aromatic oxamates were synthesized, and several bis(oxamates) were obtained, expanding the potential use of this method for polymer synthesis. Subsequently, some of these oxamates were deprotected under acidic conditions to obtain corresponding oxamic acids. Through oxidative decarboxylation under thermal or photocatalytic conditions, the latter were finally used as carbamoyl radical precursors for two applications : the in situ generation of isocyanates through their oxidation for urethanes synthesis, and their addition to imines for the synthesis of α-aminoacid amides

Celem działań podjętych w ramach realizacji pracy doktorskiej jest zbadanie chemii kompleksów N-heterocyklicznych karbenów (NHC) z metalami przejściowymi, z naciskiem na ich zastosowanie w katalizie. Specjalna uwaga poświęcona jest na wyjaśnienie obserwowanych ostrych różnic w reaktywności pomiędzy klasycznymi, symetrycznie podstawionymi NHC i nowo zaprojektowanymi i zsyntetyzowanymi niesymetrycznymi. 4 części prezentowanej pracy doktorskiej dotyczą studiów literaturowych i oryginalnych wyników badań w różnych obszarach chemii organicznej i metaloorganicznej. 1) Kompleksy NHC rutenu(II) jako (pre)katalizatory metatezy olefin W ramach tej części badań opracowano nowe kompleksy rutenu (II) zawierające niesymetrycznie podstawione NHC zawierające ugrupowania N-fenylopirolu i N-fenyloindolu, połączone z heterocyklem imidazol-2-ylidenowym poprzez łącznik metylenowy, oraz sprawdzono ich strukturę, stabilność i aktywność w modelowych reakcjach metatezy olefin. Wyniki wskazują, że pełna funkcjonalizacja pozycji aromatycznych w bogatym elektronowo heterocyklu pirolu znacznie poprawia stabilność i skuteczność katalityczną uzyskanego kompleksu typu Hoveydy-Grubbsa. 2) Kompleksy NHC palladu(II) jako (pre)katalizatory reakcji sprzęgania krzyżowego. Niesymetryczne NHC testowano jako ligandy w popularnych (pre)katalizatorach palladu z mieszanymi ligandami karben/pirydyna (PEPPSI). Trwałość termiczna kompleksów w warunkach obojętnych była porównywalna do kompleksu macierzystego z symetrycznym NHC, podczas gdy w katalizie wykazywały one wyraźny kontrast w reaktywności jako katalizatory w popularnych reakcjach sprzęgania krzyżowego: aminowania Buchwalda-Hartwiga i olefinacji Mizoroki-Hecka. W oparciu o profile reakcji w różnych warunkach, testy zatrucia rtęcią i porównanie z podobnymi systemami katalitycznymi, zaproponowano ujednolicony model reaktywności zakładający ułatwioną heterogenizację kompleksu metaloorganicznego z niesymetrycznym ligandem NHC. 3) Kompleksy NHC miedzi(I) jako (pre)katalizatory reakcji Ullmanna-Goldberga. Analog katalizowanych palladem reakcji sprzęgania krzyżowego, reakcja Ullmanna-Goldberga wykorzystująca kompleksy NHC tanich i obficie występujących soli miedzi(I), była celem badań tego rozdziału. W modelowym N-arylowaniu indolu kompleksy zawierające niesymetryczne NHC wykazywały znacznie wyższą aktywność niż te z symetrycznymi ligandami. Szczególnie skuteczny zawierał podstawnik pirydynowy, co czyni go potencjalnym ligandem dwukleszczowym (C,N). Zaobserwowano również pewien ograniczony efekt kooperacji przy użyciu kationowych i anionowych związków Cu(I) w katalizie sprzężenia Ullmanna-Goldberga, co jest zgodne z wcześniejszymi obserwacjami dokonanymi przez Buchwalda i Hartwiga. 4) Synteza nowego, dwukleszczowego, chiralnego prekursora NHC - potencjalnego ligandu w kompleksach miedzi(I) i niklu(II). Zachęcony pozytywnymi wynikami uzyskanymi przy użyciu niesymetrycznego dwukleszczowego ligandu w katalizie kompleksami miedzi(I) zdecydowałem się zaplanować i przeprowadzić syntezę nowego, chiralnego, niesymetrycznego i dwukleszczowego prekursora NHC opartego na naturalnym α-aminokwasie: L-prolinie . Zaprojektowana synteza składa się z 4 etapów zawierających 7 transformacji elementarnych umożliwiających uzyskanie końcowej cząsteczki z dostępnej handlowo N-Boc-L-proliny z łączną wydajnością 50%. Zoptymalizowany proces pozwala na uniknięcie stosowania chromatografii kolumnowej i reagentów wrażliwych na powietrze, co czyni go tańszym i łatwiejszym do skalowania.
Presented PhD thesis aims at researching chemistry of N-heterocyclic carbene (NHC) complexes of transition metals, with emphasis on their applications in catalysis. Special attention is devoted to explain observed sharp differences in reactivity between complexes bearing classical, symmetricaly substituted NHCs and self designed, newly obtained unsymmetrical ones. Four substantive parts of presented PhD thesis concerns literature study and original research in different areas of organic and organometallic chemistry: 1) NHC complexes of ruthenium(II) as (pre)catalysts of olefin metathesis. Aim of this part of the research was to synthesize new complexes of ruthenium(II) bearing unsymmetricaly substituted NHCs bearing N-phenylpyrrole and N-phenylindole moieties, connected with imidazol-2-ylidene heterocycle via methylene linker, and to check their structure, stability and activity in model olefin metathesis reactions. Results indicate that full substitution of aromatic positions in electron-rich heterocycle of pyrrole greatly enhances stability and effectivness in catalysis of derived Hoveyda-Grubbs type complex. 2) NHC complexes of palladium(II) as (pre)catalysts of cross-coupling reactions. Unsymmetrical NHCs were tested as ligands in popular palladium precatalysts with mixed carbene/pyridine ligands (PEPPSI). Thermal stability of complexes under inert conditions was comparable to parent complex with symmetrical NHC, while in catalysis their showed sharp contrast in reactivity pattern as catalysts in popular cross-coupling reactions: Buchwald-Hartwig amination and Mizoroki-Heck olefination. Based on reaction profiles in various conditions, mercury poisoning tests and comparision with similar catalytic systems, an unified model of reactivity assuming facile heterogenization of organometallic complex with unsymmetrical NHC was proposed. 3) NHC complexes of copper(I) as (pre)catalysts of Ullmann-Goldberg reaction. As an analogue to palladium-catalyzed cross-coupling reactions, Ullmann-Goldberg reation employing NHC complexes of cheap and abundad copper(I) salts was investigated. In model N-arylation of indole complexes bearing unsymmetrical NHCs exhibited significantly higher activity than ones with symmetrical ligands. Especially effective one contained pyridine substituent, making it potential C,N-bidentate ligand. Also some limited cooperative effect using cationic and anionic Cu(I) species in catalysis of Ullmann-Goldberg coupling was observed, which is in agreement with previous observations made by Buchwald and Hartwig. 4) Synthesis of a new, bidentate, chiral NHC precursor – potential ligand in copper(I) and nickel(II) complexes. Encouraged by positive results obtained using unsymmetrical, bidentate ligand in copper(I) catalysis, I decided to plan and perform synthesis of a new, chiral, unsymmetrical and bidentate (C,N) NHC precursor based on natural α-aminoacid: L-proline. Designed synthesis consists of 4 steps containing 7 elemental transformations allowing to obtain final molecule from commercially available N-Boc-L-proline in 50% total yield. Optimized procedurę allows to avoid usage of column chromatography and air-sensitive reagents, which makes it cheaper and easier to scale-up.