dc.description.abstract
Reaktionsgeschwindigkeiten der katalytischen Reaktionen zwischen Pyridin-N-Oxiden
und Bromaromaten:
Die direkte Arylierung von 4-substituierten Pyridin-N-oxiden mit Bromaromaten ergibt Arylpyridin-
N-oxide in Ausbeuten von 70-80%. Jedoch ergeben analoge Arylierungsreaktionen zwischen
2-Brompyridinen und Pyridin-N-oxiden, welche elektronschiebende Substituenten tragen,
Kreuzkupplungsprodukte in niedrigeren Ausbeuten von 23-49%. Hingegen bilden Arylierungen von
Pyridin-N-oxiden, welche elektronziehende Substituenten tragen, mit 2-Brompyridinen die Pyridin-
N-oxidprodukte in 70% Ausbeute. Frühere Berichte über den Mechanismus erklären nicht diese
Substratabhängigkeit, weshalb die Geschwindigkeiten der Substratverbräuche und Produktbildungen
für die Reaktionen von fünf 4-substituierten Pyridin-N-oxiden mit 2-Brompyridin und Brombenzol
bestimmt wurden. Die Reaktionen mit beiden Arylhalogeniden zeigten, dass elektronarme Pyridin-
N-oxide eine höhere Reaktivität gegenüber C-H-Aktivierung aufweisen und bilden das
Kreuzkupplungsprodukt schneller als elektronreiche N-oxide. Als Nebenreaktion wurde eine
konkurrierende Homokupplung des Arylhalogenids identifiziert, wodurch 2,2ʹ-Bipyridin bzw.
Biphenyl gebildet wird. Wo die Ausbeute des Kreuzkupplungsprodukts niedrig war, ergab die
Homokupplung des 2-Brompyridins Bipyridin in bis zu 35% Ausbeute. Die Homokupplung von
Brombenzol zu Biphenyl wurde in signifikant niedrigeren Ausbeuten von <10% beobachtet. Im
Vergleich zum Brombenzol, wurde eine schnellere Verbrauchsrate mit 2-Brompyridin beobachtet und
dessen Ursprung dem konkurrierenden Homokupplungsmechanismus zugeschrieben. Als zusätzliche
Nebenreaktion wurde die Homokupplung des Pyridin-N-oxidsubstrats identifiziert.
Homokupplungsprodukte des Arylhalogenids und des Pyridin-N-oxids wurden in jeder Reaktionen in
ähnlichen Ausbeuten erhalten, was darauf hindeutet, dass beide Nebenreaktionen durch miteinander
verbundene Redoxzyklen ablaufen. Potentiell inhibierende Effekte durch die stickstoffhaltigen Verbindungen, welche in der
Reaktionsmischung vorhanden sind, wurden untersucht. Mit der Zugabe von Pyridin, Bipyridin oder
Bipyridin-N-oxid wurden langsamere Bildungsgeschwindigkeiten der Kreuzkupplungsprodukte
beobachtet. Jedoch sanken die Ausbeuten nicht signifikant, was ausschließt, dass die Inhibierung
durch das Substrat oder durch das Produkt für das Absenken der Ausbeuten in Reaktionen mit
2-Brompyridin verantwortlich ist.
Synthese und Reaktivität von Arylpalladiumkomplexen in der direkten Arylierung von
Pyridin-N-Oxiden:
Um die Reaktivität von Arylpalladiumkomplexen in der direkten Arylierung von Pyridin-N-oxiden zu
untersuchen, wurden die vorgeschlagenen Intermediate synthetisiert. Ein 6-tert-Butyl-
2-pyridylpalladium(II)bromidkomplex, welcher ein P(t-Bu)3-Ligand trägt, wurde synthetisiert und
mittels Röntgenstrukturanalyse charakterisiert, was einen ungewöhnlichen η2-C,N-Bindungsmodus
des Pyridylliganden aufdeckte. Zum Vergleich wurde ein 3-Methylphenylpalladium(II)komplex, an
dem P(t-Bu)3 gebunden ist, synthetisiert. Nach dem Erhitzen bildete der Pyridylkomplex das
Bipyridinhomokupplungsprodukt nahezu quantitativ, wohingegen der Phenylkomplex das
Biphenylhomokupplungsprodukt, sowie den protodemetallierten Aromaten und das reduktiv
eliminierte Arylhalogenid (Verhältnis 3:4:1) ergab. Der Phenylkomplex wies einen exponentiellen
Zerfall des Startmaterials auf (t1/2 = 15 Minuten bei 80 °C), wohingegen die Zersetzung des
Pyridylkomplexes erst nach einer Induktionsperiode, bei der die Bildung einer anionischen
2-Pyridylpalladatspezies beobachtet wurde, auftrat. Die unabhängige Synthese der anionischen
Spezies und die Bestimmung dessen Einfluss auf die Reaktion deuteten an, dass es die Zerfallsreaktion
katalysiert. Ein 2-Pyridyl-N-oxidpalladium(II)komplex, bei dem ein zyklometallierter Phosphinligand und ein
stabilisierender PEt3-Ligand gebunden sind, wurde mit einem Methyl- oder einem
Trifluoromethylsubstituenten am Pyridyl-N-oxidliganden synthetisiert. Die Komplexe reagierten mit
einem 2-Pyridyl- oder Phenylpalladiumkomplex bei Raumtemperatur oder niedriger und bildeten
kreuzgekuppelte Arylpyridin-N-oxidprodukte. Die Bildung des Bipyridin-N,Nʹ-dioxids über
Homokupplung des Pyridyl-N-oxidkomplexes wurde zwar beobachtet, jedoch aber nur bei höheren
Temperaturen. Die Homokupplungen der Arylpalladiumkomplexe und Pyridyl-
N-oxidpalladiumkomplexe waren signifikant langsamer als eine Kreuzkupplungsreaktion zwischen
den Komplexen.
Transmetallierung zwischen Arylpalladiumkomplexen und Organoborverbindungen:
In Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktionen wird angenommen, dass der Transmetallierungsschritt
entweder zwischen einer anionischen Boronatspezies und einem Palladiumkomplex mit einem
Halogenidliganden (Boronat-Mechanismus) oder zwischen einer neutralen Organoborspezies und
einem hydroxidgebundenem Palladiumkomplex (Oxo-Palladium-Mechanismus) stattfindet. Um die
Transmetallierung zu untersuchen, wurde ein Satz von dimeren bromidverbrückten P(o-tol)3-
palladium(II)komplexen, welche 4-substituierte Arylliganden tragen, synthetisiert und in guten
Ausbeuten erhalten. Der Austausch des Bromids mit Hydroxid lieferte die analogen
hydroxidgebundenen Arylpalladium(II)dimere. Untersuchungen des Transmetallierungsschritts sind
oft auf Grund der Löslichkeit der anionischen Organoboronatspezies eingeschränkt. Eine anionische
Boronatspezies, welche als Gegenion Tetrabutylammonium tragen, wurde hergestellt und zeigte eine
ausreichende Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln, wie THF und DCM. Erste Experimente, welche den Transmetallierungsschritt untersuchen, wurden durchgeführt anhand
von Konkurrenzexperimenten zwischen acht 4-substituierten Arylpalladiumkomplexen und einer
Organoborspezies. Die relativen Reaktionsgeschwindigkeiten der substituierten Palladiumkomplexe
wurden für den Boronat- und den Oxo-Palladiummechanismus bestimmt. Lineare Hammett-
Korrelationen ergaben ρ = +0.81 für die Reaktionen zwischen bromidverbrückten
Palladiumkomplexen und einem anionischen Boronat, und ρ = +0.52 für die Reaktion zwischen
hydroxidverbrückten Palladiumkomplexen und einer neutralen Boronsäure. Eine positive
Reaktionskonstante kennzeichnet einen Anstieg in der Reaktivität der elektrophileren
Arylpalladiumkomplexe. Der Vergleich der ρ-Werte zeigt an, dass bromidgebundene
Arylpalladiumkomplexe leicht empfindlicher gegenüber Substitutionsmuster sind als ein
hydroxidgebundener Arylpalladiumkomplex.
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