Réaction de couplage croisé de Suzuki-Miyaura
Les réactions de couplage croisé carbone-carbone représentent une des plus grandes révolutions qu’a connu le domaine de la chimie organique. Il s’agit actuellement d’une des réactions les plus courantes dans la chimie organique de synthèse. Grâce à cette invention, Akira Suzuki, Ei-Ichi Neghishi et Richard Heck ont obtenu le prix Nobel de chimie en 2010.
Parmi les différents types de couplage croisé, le couplage de Suzuki-Miyaura, généralement appelé "couplage de Suzuki", est probablement celui qui offre la plus grande polyvalence. La chimie de Suzuki est basée sur le couplage à catalyseur Pd(0) d’un halogénure d’aryle ou de vinyle avec un acide boronique d’aryle ou de vinyle.
Ses avantages par rapport à des réactions similaires résident dans les conditions de réaction douces, la grande disponibilité des matériaux de départ et leur faible toxicité générale. Les acides boroniques sont faciles à obtenir sur le marché et à préparer, et ils sont vendus à un prix raisonnable. En outre, leur impact environnemental est plus faible et les risques inhérents moins élevés par rapport à l’utilisation de composés d’organozinc ou d’organostannane. Les sous-produits inorganiques sont facilement extraits du mélange. Il est également possible d’effectuer la réaction dans de l’eau, dont le profil vert présente des avantages évidents, et une grande variété de substrats solubles dans l’eau sont ainsi utilisables.
Depuis son invention en 1979, d’importants progrès ont été réalisés et l’utilisation d’acides boroniques, d’esters et de sels de trifluoroborates s’est généralisée. Les acides boroniques d’alkyle peuvent également être envisagés, malgré leur réactivité inférieure (avec l’utilisation de catalyseurs dernière génération).
La portée de l’autre partenaire de couplage a également été étendue au fil du temps pour inclure les pseudo-halogénures, comme les triflates ou les sels de diazonium d’aryle, ainsi que les halogénures d’alkyle. La réactivité relative du partenaire de couplage halogénure/pseudo-halogénure est :
R-I > R-Br > R-OTf >> R-Cl
Aryle > Vinyle >> Alkyle
Les catalyseurs au palladium homogènes développés récemment ont réduit la charge du catalyseur de plusieurs niveaux de magnitude, ce qui contribue à l’intérêt économique de cette réaction qui est aujourd’hui utilisée dans de nombreux processus commerciaux. Il est possible (et même intéressant) d’analyser de nombreux catalyseurs, des complexes Pd(0) relativement simples, comme l’acétate de palladium et le tétrakis de palladium, ou différentes formes de précatalyseurs Pd + ligants phosphine et de (pré)catalyseurs complets, qui prennent souvent la forme de complexes stables à l’air pour une manipulation plus aisée sur la paillasse.
Les catalyseurs Pd hétérogènes peuvent également être utilisés pour certains couplages simples, mais leur réactivité est bien plus faible que les catalyseurs homogènes pour des substrats hautement entravés ou des électrophiles à faible réactivité (par exemple, l’Ar-Cl). Avec l’utilisation de sels de diazonium d’aryle, souvent appelés "super-électrophiles", comme des partenaires de couplage, les catalyseurs hétérogènes sont une option particulièrement intéressante.
Protocoles de réaction de référence
Peser l’halogénure d’aryle/vinyle (1 mmol) et l’ester/acide boronique (léger excédent, 1,1 mmol), les catalyseurs au palladium (0,5 à 10 % m/m), le bromure de tétrabutylammonium (1 mmol) et la base (2,5 mmol). Dissoudre dans de l’eau distillée ou de l’alcool primaire/secondaire dans un flacon à fond rond (avec appareil d’agitation magnétique et de reflux). Chauffer dans un bain de sel à la température requise (les réactions de couplage peuvent être exécutées de la température ambiante jusqu’à 120 à 150°C). Purger le gaz d’azote pendant l’agitation. Il est recommandé d’effectuer la réaction dans un environnement à base d’azote. Les temps de réaction varient généralement de 1 à 12 h.
Le traitement conclusif de la réaction peut être basé sur la filtration ou l’extraction, selon la nature chimique du produit.
Publications de référence clés
- Chem. Commun. 1979, 20 (36): 3437-3440.
https://doi.org/10.1016/S0040-4039(01)95429-2 - Chemical Reviews 1979, 95 (7): 2457–2483.
https://doi.org/10.1021%2Fcr00039a007 - J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1979, 0 (1): 866-867.
http://dx.doi.org/10.1039/C39790000866 - Journal of Organometallic Chemistry 1999, 576 (1–2): 147-168.
https://doi.org/10.1016/S0022-328X(98)01055-9 - Pure and Applied Chemistry, 2009, 63 (3): 419–422.
https://doi.org/10.1351/pac199163030419 - ChemCatChem 2016, 8: 1998 – 2009
https://doi.org/10.1002/cctc.201600134
Choix de produits
Solvants :
Utilisé en aval/pour l’extraction :
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Catalyseurs/ligands :
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Acétate de palladium(II), Pd(OAc)2/[Pd(OAc)2]3
Tétrakis de palladium(0), Pd(PPh3)4
Trifluoroacétate de palladium(II), Pd(CF3COO)2
Acétylacétonate de palladium(II), Pd(acac)2
et
Acétylacétonate de palladium(II), Pd(acac)2
Tris(dibenzylideneacétone)dipalladium(0), Pd2(dba)3
dichloro[1,1’-bis(di-tert-butylphosphino)ferrocène]palladium(II)
Paladacycles XPhos 2e génération :
Dichloro[1,1'-bis(di-tert-butylphosphino)ferrocène]palladium(II), Pd(dbpf)Cl2
Dimère de chlorure d’allylpalladium(II), [Pd(allyl)]2Cl2
Catalyseurs alternatifs :
Diacétate de bis(triphénylphosphine)palladium(II), Pd(PPh3)2(OAc)2
Benzyl(chloro)bis(triphénylphosphine) palladium(II), Pd(PPh3)2BnCl
Dichlorobis(tri-o-tolylphosphine)palladium(II), Pd(P(o-Tol)3)2Cl2
Dichlorobis(tricyclohexylphosphine) palladium(II), Pd(PCy3)2Cl2
Dichloro(1,5-cyclooctadiène)palladium(II), Pd(cod)Cl2
Bis[1,2-bis(diphénylphosphino)éthane] palladium(0), Pd(dppe)2
Dichloro[1,2-bis(diphénylphosphino)éthane] palladium(II), Pd(dppe)Cl2
Dichloro[bis(1,3-diphénylphosphino)propane]palladium(II), Pd(dppp)Cl2
Dichloro[bis(1,4-diphénylphosphino)butane]palladium(II), Pd(dppb)Cl2
Catalysts/ligands:
USE THE CHEMICAL STRUCTURE SEARCH TOOL TO FIND THE CATALYST YOU NEED
Palladium(II) acetate, Pd(OAc)2 / [Pd(OAc)2]3
Palladium(0) Tetrakis, Pd(PPh3)4
Palladium(II) trifluoroacetate, Pd(CF3COO)2
Palladium(II) acetylacetonate, Pd(acac)2
and
Palladium(II) acetylacetonate, Pd(acac)2
Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0), Pd2(dba)3
dichloro[1,1’-bis(di-tert-butylphosphino)ferrocene]palladium(II)
XPhos Palladacycle 2nd Gen:
Dichloro[1,1'-bis(di-tert-butylphosphino)ferrocene]palladium(II), Pd(dbpf)Cl2
Allylpalladium(II) chloride dimer, [Pd(allyl)]2Cl2
Alternative catalysts:
Bis(triphenylphosphine)palladium(II) diacetate, Pd(PPh3)2(OAc)2
Benzyl(chloro)bis(triphenylphosphine) palladium(II), Pd(PPh3)2BnCl
Dichlorobis(tri-o-tolylphosphine)palladium(II), Pd(P(o-Tol)3)2Cl2
Dichlorobis(tricyclohexylphosphine) palladium(II), Pd(PCy3)2Cl2
Dichloro(1,5-cyclooctadiene)palladium(II), Pd(cod)Cl2
Bis[1,2-bis(diphenylphosphino)ethane] palladium(0), Pd(dppe)2
Dichloro[1,2-bis(diphenylphosphino)ethane] palladium(II), Pd(dppe)Cl2
Dichloro[bis(1,3-diphenylphosphino)propane]palladium(II), Pd(dppp)Cl2
Dichloro[bis(1,4-diphenylphosphino)butane]palladium(II), Pd(dppb)Cl2
Ingrédients/additifs basiques :
Chlorure de tétrabutylammonium
Gel de silice (pour purification de la colonne) 40 à 60 μm
Gel de silice (pour purification de la colonne) 60 à 200 μm
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Blocs de construction :
Halogénures d’(het)aryle :
4-Chloro-6-méthoxyquinoline-3-carboxylate d’éthyle
OTf d’(het)aryle :
Trifluorométhanesulfonate de 2-naphthyle, 97 %
Trifluorométhanesulfonate de 4-nitrophényle, 99 %
OTf de vinyle :
Trifluorométhanesulfonate de 3,6-dihydro-2H-thiopyran-4-yle
Acides boroniques d’(het)aryle
Acide 2-bromobenzèneboronique, 98 %
Trifluoborates de vinyle :
4-Méthyl-beta-styryltrifluoroborate de potassium, 95 %
Vinyltrifluoroborate de potassium, 97 %
Sels de diazonium d’aryle :
Tétrafluoroborate de 4-nitrobenzènediazonium, 97 %
Building blocks:
USE THE CHEMICAL STRUCTURE SEARCH TOOL TO FIND THE BUILDING BLOCK YOU NEED
(het)aryl halides:
Ethyl 4-chloro-6-methoxyquinoline-3-carboxylate
(het)aryl OTf:
2-Naphthyl trifluoromethanesulfonate, 97%
4-Nitrophenyl trifluoromethanesulfonate, 99%
Vinyl OTf:
3,6-Dihydro-2H-thiopyran-4-yl trifluoromethanesulfonate
(het)aryl boronic acids
2-Bromobenzeneboronic acid, 98%
Vinyl trifluoroborates:
Potassium 4-methyl-beta-styryltrifluoroborate, 95%
Potassium vinyltrifluoroborate, 97%
Aryl diazonium salts:
4-Nitrobenzenediazonium tetrafluoroborate, 97%