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バックワルド・ハートウィグ カップリング【Buchwald-Hartwig Coupling】

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バックワルド・ハートウィグ カップリングは、塩基の存在下、ハロゲン化アリールまたはハロゲン化ビニル（またはトリフラート）とアミンとのパラジウム触媒反応であり、それぞれエナミンまたはアニリンが得られる。

Contents
  1. 概要
  2. 歴史
  3. 反応機構
  4. 実験手順
  5. 発展
  6. 応用例
  7. 参考文献
  8. 関連書籍
  9. 関連記事

概要

  • 塩基の存在下、ハロゲン化アリールまたはハロゲン化ビニル（またはトリフラート）とアミンとのパラジウム触媒反応

Buchwald-Hartwig Coupling

歴史

1990年代にStephen L. BuchwaldとJohn F. Hartwigが独自に開発したことから命名された。

反応機構

 

実験手順

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実験のコツ

 

発展

配位子の設計

dialkylbiaryl phosphane

バックワルド・ハートウィグ カップリングでは、ジアルキルバイアリールホスホラン配位子が用いられることが多い。バックワルド配位子とも呼ばれる。

配位子の構造には、以下の意味があると考えられている。

赤

  • 還元的脱離の速度を大きくする立体配座とする

青

  • 酸素によるPの酸化を妨げる
  • Pdのアレーン相互作用を安定化させる
  • 還元的脱離を促進する

紫

  • サイクロメタレーションを妨げ、安定化させる
  • Pdへの配位を促進する

緑

  • Pの電子密度を大きくし、酸化的付加を促進する
  • Pの立体障害を大きくすることで、還元的脱離を促進する
  • Pdへの配位を促進する

溶媒

一般的には、トルエンや1,4-ジオキサンが多く用いられる。1,4-ジオキサンは毒性があることから、ジブチルエーテルが代用とされる場合もある。そのほかには、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、ヂメチルエタンも用いることができる。

トルエンが最も使われる理由は、反応で生成される無機ヨウ化物塩が溶けないためである。一方、無機塩基を用いる場合は、アルコール系の溶媒が使われる。

さらに、トルエンのような非極性溶媒にt-BuOHを混ぜておくと、反応の進行を促進する。この効果は、DMSO、DMF、DMAでも期待できる。

他には、α,α,α-トリフルオロトルエンも有用である。

塩基

よく用いられる塩基の長所と短所をまとめた。

NaOt-Bu

長所：

  • 反応速度が大きい
  • 触媒量が少なくてよい

短所：

  • 電子吸引性基と共存できない

LiHMDS

長所：

  • 官能基許容性が高い
  • 低い温度で使うことができる

短所：

  • 固体は空気に弱い
  • 温度が高いといくつかの官能基と共存できなくなる

Cs2CO3

長所：

  • 官能基許容性が高い
  • 弱塩基では最も反応速度が大きい

短所：

  • 高価
  • スケールが大きくなると、撹拌しづらい

K3PO4, K2CO3

長所：

  • 官能基許容性が高い
  • アミドのアリール化に効果的
  • 環境にやさしい

短所：

  • 触媒量が多く必要
  • 反応時間が長い

応用例

 

参考文献

<Original Publication>

Frederic PaulJoe; PattJohn F. Hartwig, “Palladium-catalyzed formation of carbon-nitrogen bonds. Reaction intermediates and catalyst improvements in the hetero cross-coupling of aryl halides and tin amides”, J. Am. Chem. Soc., 1994, 116, 13, 5969–5970. DOI: 10.1021/ja00092a058

Anil S. Guram; Stephen L. Buchwald, “Palladium-Catalyzed Aromatic Aminations with in situ Generated Aminostannanes”, J. Am. Chem. Soc., 1994, 116, 17, 7901-7902. DOI: 10.1021/ja00096a059

<Review>

David S. Surry; Stephen L. Buchwald, “Biaryl Phosphane Ligands in Palladium-Catalyzed Amination”, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 6338-6361. DOI: 10.1002/anie.200800497

David S. Surry; Stephen L. Buchwald, “Dialkylbiaryl phosphines in Pd-catalyzed amination: a user’s guide”, Chem. Sci., 2011, 2, 27-50.

<Related Publication>

Jiaqi TianGaobo; WangZheng-Hang; QiJing Ma, “Ligand Effects of BrettPhos and RuPhos on Rate-Limiting Steps in Buchwald–Hartwig Amination Reaction Due to the Modulation of Steric Hindrance and Electronic Structure”, ACS Omega, 2020, 5, 34, 21385-21391. DOI: 10.1021/acsomega.0c01528

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