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Suzuki Kupplung Dieser Artikel behandelt die Kupplung Zur Borylierung siehe Suzuki Miyaura Borylierung Die oder auch Suz

Suzuki-Kupplung

Die Suzuki-Kupplung oder auch Suzuki-Miyaura-Reaktion ist eine Namensreaktion der organischen Chemie zur Synthese von Biphenylen oder Biphenylderivaten durch Bildung einer C-C-Bindung. Entdeckt wurde diese Palladium-katalysierte Kreuzkupplung 1979 von Akira Suzuki (* 1930) und Norio Miyaura (* 1946). Suzuki erhielt für seine Forschungsarbeiten auf dem Gebiet dieser Kreuzkupplung 2010 den Nobelpreis für Chemie.

Übersichtsreaktion Bearbeiten

Hierbei werden Organoboran-Verbindungen (z. B. Boronsäure) mit Halogenaromaten oder Halogen-substituierten Vinylverbindungen unter katalytischer Verwendung von Palladium(0)-Phosphan-Komplexen [wie Pd(PPh3)4, Pd(PPh3)3 usw.] und im Vorhandensein einer Base (wie Natriumcarbonat, Natronlauge, Bariumhydroxid usw.) umgesetzt:

Übersichtsreaktion der Suzuki-Kupplung

Der Rest R1 steht hierbei für eine Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl- oder Arylgruppe und der Rest R2 für Alkyl-, Alkenyl- oder Arylgruppe. Als Halogenide können Bromid, Chlorid, Iodid oder Triflate und als Y Alkyl-, O-Alkyl- oder Hydroxygruppe verwendet werden.

In den Anfängen der Suzuki-Kupplung konnten mit Hilfe von Tetrakis(triphenylphosphan)palladium(0), Pd(PPh3)4, als Katalysator lediglich Halogenaromaten mit hoher Reaktivität (Abgangsgruppe X aufsteigend von Brom über Triflat nach Iod) umgesetzt werden. Schwach reaktive Chloraromaten können erst in den letzten Jahren mit speziellen Palladium-Phosphan-Katalysatoren zur Reaktion gebracht werden. Ebenso ist es gelungen, unaktivierte Alkylbromide bei Raumtemperatur umzusetzen, ohne dass es zu einer β-Hydrid-Eliminierung kommt. Zur Vereinfachung der Aufarbeitung wurden darüber hinaus die Katalysatorliganden vielfach modifiziert, um das Arbeiten in leicht trennbaren Mehrphasensystemen (wässrig/organisch, organisch/perfluoriert) zu ermöglichen. Im Jahr 2018 wurde die Suzuki-Reaktion erfolgreich als heterogen katalysierte Reaktion durchgeführt.

Neben der Suzuki-Kupplung existieren weitere palladiumkatalysierte Kupplungsreaktionen, sie unterscheiden sich lediglich im Einsatz der Metallorganyle. So wird bei der Stille-Kupplung anstatt von Bororganylen auf Organozinnverbindungen zurückgegriffen, die aufgrund ihrer hohen Toxizität schwer zu handhaben sind.

Mechanismus Bearbeiten

Die Reaktion ist mit der Heck-Reaktion eng verwandt und besitzt dementsprechend einen ähnlichen Reaktionsmechanismus, der anhand von Benzolboronsäure und 4-Bromtoluol durch den Einsatz des Katalysators Tetrakis(triphenylphosphan)palladium(0), Pd(PPh3)4, 1 und der Base Natriumhydroxid, NaOH, gezeigt werden soll. Dieser Katalysezyklus beginnt mit einer oxidativen Addition des 4-Bromtoluols an dem Palladium(0)-Katalysator, wobei eine Palladium(II)-Spezies 3 entsteht. Im nächsten Schritt wird der entstandene Komplex zur Transmetallierung vorbereitet. Durch die Zugabe von NaOH entsteht ein elektrophiles Organopalladium-Hydroxid 4. Seine Pd-O-Bindung ist im Vergleich zur Pd-Br-Bindung noch polarer, sodass eine Transmetallierung erleichtert wird. Dabei reagiert 4 mit dem Benzolboronsäurenatriumsalz 6 zu einem Palladium(II)-Komplex 7, bei dem das Hydroxid-Ion durch eine Phenylgruppe ersetzt wurde. 6 wird durch die Reaktion von Benzolboronsäure 5 mit Natriumhydroxid gewonnen und kommt bei der Transmetallierung zum Katalysezyklus hinzu.

Mechanismus der Suzuki-Kupplung

Als letzten Schritt findet eine reduktive Eliminierung statt, bei der der Katalysator regeneriert und eine C-C-Bindung zwischen dem Benzol- und dem Toluol-Liganden geknüpft wird, sodass 4-Methylbiphenyl (8) entsteht.

Anwendungen Bearbeiten

Die Suzuki-Kupplung hat ihre größte Bedeutung in der Synthese von Naturstoffen. Als Beispiel sei hier die Synthese des Antibiotikums Vancomycin oder des Fungizids Boscalid angeführt. Borverbindungen sind weniger giftig als Verbindungen alternativer Verfahren. Auch in der Synthese von Flüssigkristallen, welche meist aus Biphenylstrukturen bestehen, kann die Suzuki-Kupplung enormen synthetischen Aufwand ersparen, da sie sehr selektiv ist.

Eine zweite große Anwendung der Suzuki-Kupplung ist die Synthese von Substanzbibliotheken im Rahmen der Wirkstoffsuche in der Pharmazeutischen Chemie. Der Vorteil ist hier die einfache Reaktionsführung welche sich auf eine Vielzahl von Substraten anwenden lässt um Biphenyl-Verbindungen zu synthetisieren.

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • Christoph Elschenbroich: Organometallchemie. 5. Auflage, Teubner Verlag, Wiesbaden 2005, ISBN 3-519-53501-7.
  • A. Suzuki, P. J. Stang (Ed.), F. Diedrich (Ed.): Metal-Catalyzed Cross-coupling Reactions. Wiley-VCH, Weinheim 1998.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. T. Laue, A. Plagens: Namen- und Schlagwortreaktionen der Organischen Chemie. 5. Auflage. Teubner, Wiesbaden 2006, ISBN 3-8351-0091-2, S. 320–324.
  2. Norio Miyaura, Akira Suzuki: Stereoselective synthesis of arylated (E)-alkenes by the reaction of alk-1-enylboranes with aryl halides in the presence of palladium catalyst. In: J. Chem. Soc., Chem. Commun. Band 19, 1979, S. 866–867, doi:10.1039/C39790000866.
  3. Norio Miyaura, Kinji Yamada, Akira Suzuki: A new stereospecific cross-coupling by the palladium-catalyzed reaction of 1-alkenylboranes with 1-alkenyl or 1-alkynyl halides. In: Tetrahedron Letters. Band 20, Nr. 36, 1979, S. 3437–3440, doi:10.1016/S0040-4039(01)95429-2.
  4. L. Kürti, B. Czakó: Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis – Background and Detailed Mechanisms. Elsevier Inc., 2005, ISBN 978-0-12-369483-6, S. 448–449.
  5. V. Wittmann: Neues von der Suzuki-Reaktion. In: Nachrichten aus der Chemie. Band 50, 2002, S. 1122–1127.
  6. Zerong Wang: Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents. John Wiley & Sons, 2009, ISBN 978-0-471-70450-8, S. 2733–2738.
  7. Zupeng Chen, Evgeniya Vorobyeva, Sharon Mitchell, Edvin Fako, Manuel A. Ortuño, Núria López, Sean M. Collins, Paul A. Midgley, Sylvia Richard, Gianvito Vilé & Javier Pérez-Ramírez: A heterogeneous single-atom palladium catalyst surpassing homogeneous systems for Suzuki coupling. In: Nature Nanotechnology. 25. Juni 2018, doi:10.1038/s41565-018-0167-2.
  8. V. Wittmann: Neues von der Suzuki-Reaktion. In: Nachrichten aus der Chemie. Band 50, 2002, S. 1122–1127.
  9. R. Brückner: Reaktionsmechanismen: Organische Reaktionen, Stereochemie, Moderne Synthesemethoden. 3. Auflage. Elsevier, München 2004, ISBN 3-8274-1579-9, S. 701–702.
  10. Zerong Wang: Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents. John Wiley & Sons, 2009, ISBN 978-0-471-70450-8, S. 2733–2738.
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Dieser Artikel behandelt die Kupplung Zur Borylierung siehe Suzuki Miyaura Borylierung Die Suzuki Kupplung oder auch Suzuki Miyaura Reaktion ist eine Namensreaktion der organischen Chemie zur Synthese von Biphenylen oder Biphenylderivaten durch Bildung einer C C Bindung 1 Entdeckt wurde diese Palladium katalysierte Kreuzkupplung 1979 von Akira Suzuki 1930 und Norio Miyaura 1946 2 3 Suzuki erhielt fur seine Forschungsarbeiten auf dem Gebiet dieser Kreuzkupplung 2010 den Nobelpreis fur Chemie Inhaltsverzeichnis 1 Ubersichtsreaktion 2 Mechanismus 3 Anwendungen 4 Siehe auch 5 Literatur 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseUbersichtsreaktion BearbeitenHierbei werden Organoboran Verbindungen z B Boronsaure mit Halogenaromaten oder Halogen substituierten Vinylverbindungen unter katalytischer Verwendung von Palladium 0 Phosphan Komplexen wie Pd PPh3 4 Pd PPh3 3 usw und im Vorhandensein einer Base wie Natriumcarbonat Natronlauge Bariumhydroxid usw umgesetzt 4 5 nbsp Ubersichtsreaktion der Suzuki KupplungDer Rest R1 steht hierbei fur eine Alkyl Alkenyl Alkinyl oder Arylgruppe und der Rest R2 fur Alkyl Alkenyl oder Arylgruppe Als Halogenide konnen Bromid Chlorid Iodid oder Triflate und als Y Alkyl O Alkyl oder Hydroxygruppe verwendet werden In den Anfangen der Suzuki Kupplung konnten mit Hilfe von Tetrakis triphenylphosphan palladium 0 Pd PPh3 4 als Katalysator lediglich Halogenaromaten mit hoher Reaktivitat Abgangsgruppe X aufsteigend von Brom uber Triflat nach Iod umgesetzt werden Schwach reaktive Chloraromaten konnen erst in den letzten Jahren mit speziellen Palladium Phosphan Katalysatoren zur Reaktion gebracht werden Ebenso ist es gelungen unaktivierte Alkylbromide bei Raumtemperatur umzusetzen ohne dass es zu einer b Hydrid Eliminierung kommt 6 Zur Vereinfachung der Aufarbeitung wurden daruber hinaus die Katalysatorliganden vielfach modifiziert um das Arbeiten in leicht trennbaren Mehrphasensystemen wassrig organisch organisch perfluoriert zu ermoglichen Im Jahr 2018 wurde die Suzuki Reaktion erfolgreich als heterogen katalysierte Reaktion durchgefuhrt 7 Neben der Suzuki Kupplung existieren weitere palladiumkatalysierte Kupplungsreaktionen sie unterscheiden sich lediglich im Einsatz der Metallorganyle So wird bei der Stille Kupplung anstatt von Bororganylen auf Organozinnverbindungen zuruckgegriffen die aufgrund ihrer hohen Toxizitat schwer zu handhaben sind Mechanismus BearbeitenDie Reaktion ist mit der Heck Reaktion eng verwandt und besitzt dementsprechend einen ahnlichen Reaktionsmechanismus der anhand von Benzolboronsaure und 4 Bromtoluol durch den Einsatz des Katalysators Tetrakis triphenylphosphan palladium 0 Pd PPh3 4 1 und der Base Natriumhydroxid NaOH gezeigt werden soll Dieser Katalysezyklus 8 9 10 beginnt mit einer oxidativen Addition des 4 Bromtoluols an dem Palladium 0 Katalysator wobei eine Palladium II Spezies 3 entsteht Im nachsten Schritt wird der entstandene Komplex zur Transmetallierung vorbereitet Durch die Zugabe von NaOH entsteht ein elektrophiles Organopalladium Hydroxid 4 Seine Pd O Bindung ist im Vergleich zur Pd Br Bindung noch polarer sodass eine Transmetallierung erleichtert wird Dabei reagiert 4 mit dem Benzolboronsaurenatriumsalz 6 zu einem Palladium II Komplex 7 bei dem das Hydroxid Ion durch eine Phenylgruppe ersetzt wurde 6 wird durch die Reaktion von Benzolboronsaure 5 mit Natriumhydroxid gewonnen und kommt bei der Transmetallierung zum Katalysezyklus hinzu nbsp Mechanismus der Suzuki KupplungAls letzten Schritt findet eine reduktive Eliminierung statt bei der der Katalysator regeneriert und eine C C Bindung zwischen dem Benzol und dem Toluol Liganden geknupft wird sodass 4 Methylbiphenyl 8 entsteht Anwendungen BearbeitenDie Suzuki Kupplung hat ihre grosste Bedeutung in der Synthese von Naturstoffen Als Beispiel sei hier die Synthese des Antibiotikums Vancomycin oder des Fungizids Boscalid angefuhrt Borverbindungen sind weniger giftig als Verbindungen alternativer Verfahren Auch in der Synthese von Flussigkristallen welche meist aus Biphenylstrukturen bestehen kann die Suzuki Kupplung enormen synthetischen Aufwand ersparen da sie sehr selektiv ist Eine zweite grosse Anwendung der Suzuki Kupplung ist die Synthese von Substanzbibliotheken im Rahmen der Wirkstoffsuche in der Pharmazeutischen Chemie Der Vorteil ist hier die einfache Reaktionsfuhrung welche sich auf eine Vielzahl von Substraten anwenden lasst um Biphenyl Verbindungen zu synthetisieren Siehe auch BearbeitenHeck Reaktion Stille KupplungLiteratur BearbeitenChristoph Elschenbroich Organometallchemie 5 Auflage Teubner Verlag Wiesbaden 2005 ISBN 3 519 53501 7 A Suzuki P J Stang Ed F Diedrich Ed Metal Catalyzed Cross coupling Reactions Wiley VCH Weinheim 1998 Weblinks BearbeitenSuzuki Kupplung auf organische chemie chEinzelnachweise Bearbeiten T Laue A Plagens Namen und Schlagwortreaktionen der Organischen Chemie 5 Auflage Teubner Wiesbaden 2006 ISBN 3 8351 0091 2 S 320 324 Norio Miyaura Akira Suzuki Stereoselective synthesis of arylated E alkenes by the reaction of alk 1 enylboranes with aryl halides in the presence of palladium catalyst In J Chem Soc Chem Commun Band 19 1979 S 866 867 doi 10 1039 C39790000866 Norio Miyaura Kinji Yamada Akira Suzuki A new stereospecific cross coupling by the palladium catalyzed reaction of 1 alkenylboranes with 1 alkenyl or 1 alkynyl halides In Tetrahedron Letters Band 20 Nr 36 1979 S 3437 3440 doi 10 1016 S0040 4039 01 95429 2 L Kurti B Czako Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis Background and Detailed Mechanisms Elsevier Inc 2005 ISBN 978 0 12 369483 6 S 448 449 V Wittmann Neues von der Suzuki Reaktion In Nachrichten aus der Chemie Band 50 2002 S 1122 1127 Zerong Wang Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents John Wiley amp Sons 2009 ISBN 978 0 471 70450 8 S 2733 2738 Zupeng Chen Evgeniya Vorobyeva Sharon Mitchell Edvin Fako Manuel A Ortuno Nuria Lopez Sean M Collins Paul A Midgley Sylvia Richard Gianvito Vile amp Javier Perez 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