로듐

Nature Communications 13권, 기사 번호: 2934(2022) 이 기사 인용

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포스핀 리간드 라이브러리의 광범위한 사용은 모듈식 준비와 관련된 문제로 인해 자주 방해를 받습니다. 여기서 우리는 로듐 촉매 P(III) 지시 오르토 C-H 활성화를 통해 일련의 비아릴 모노포스핀에 접근하기 위해 아릴포스핀에 아렌을 추가하여 전례 없는 1배, 2배 및 3배 직접 아릴화를 가능하게 하는 프로토콜을 보고합니다. . 우리의 실험적 및 이론적 발견은 Rh 촉매에 아릴 브로마이드의 산화적 첨가, 추가로 4원 고리금속화 고리를 통한 오르토 C-H 금속화와 관련된 메커니즘을 보여줍니다. 기질의 가용성을 고려할 때, 우리의 접근 방식은 포스핀 리간드 구성을 위한 보다 일반적인 방법을 개발할 수 있는 문을 열어줍니다.

포스핀은 화학 과학의 모든 측면에서 수많은 응용 분야를 발견했습니다1,2,3,4,5. 그중 비아릴 모노포스핀은 다양한 변형, 특히 교차 결합 반응에서 전이 금속에 대한 특권 리간드 클래스로 등장했습니다. 현재까지 Buchwald12,13 및 기타 그룹14,15,16,17에 의해 여러 세대의 비아릴 모노포스핀이 설계되었으며 현재 이들 중 다수가 상용화되었습니다(그림 1a). 전통적으로 이러한 화합물은 현장에서 생성된 벤진에 아릴 금속 시약을 첨가한 다음 구리 촉매를 사용하여 클로로포스핀 시약으로 중간체를 인산화하는 원팟(one-pot) 프로토콜을 통해 생산할 수 있습니다(그림 1b). 이 접근법은 효율적이지만 민감한 유기금속 종에서의 사용은 종종 제한되어 기판에 할로겐화물을 사전 설치하고 복잡한 작동 단계를 요구합니다. 전통적인 커플링 방법과 비교하여 C-H 활성화를 통한 직접 아릴화 전략은 우수한 원자 및 단계 경제성을 갖춘 바이아릴 화합물의 형성을 가능하게 하는 귀중한 방법론으로 부상했습니다. 우리는 포스핀에서 C-H 결합의 촉매적 아릴화가 대안이 될 수 있지만 비아릴 모노포스핀에 대한 훨씬 쉬운 경로를 허용할 수 있다는 가설을 세웠습니다.

a 일부 상업적으로 이용 가능한 비아릴 모노포스핀. b 팔라듐 촉매에 의한 탄소-인 결합 복분해. c 아릴 브로마이드를 사용한 포스핀의 로듐 촉매 조정 가능한 직접 아릴화.

일반적으로 기판에서 금속 배위 지향 그룹의 도움으로 탁월한 위치 선택성을 얻을 수 있습니다. 이 패러다임 내에서 O-킬레이트화를 통한 포스핀 산화물의 전이 금속 촉매 C-H 아릴화가 개발되어 바이아릴 모노포스핀을 생성합니다. 그러나 이 방법에는 O 원자를 사전 설치하고 제거하기 위한 추가 단계가 필요합니다. 전이 금속과 P(III) 원자 사이의 강력한 배위로 인해 아릴포스핀은 오르토 C-H 금속화를 통해 4원 킬레이트 고리를 형성하는 것으로 오랫동안 알려져 왔지만 촉매 변형은 중요한 과제를 나타냅니다. 최근까지 우리와 Takaya 그룹은 각각 아릴포스핀의 촉매적 오르토 C-H 보릴화37,38 및 실릴화39를 보고했습니다. 그러나 비아릴 모노포스핀을 생성하려면 추가로 팔라듐 촉매화되는 Suzuki-Miyaura 또는 Hiyama 아릴 할라이드와의 교차 결합을 사용해야 합니다. 따라서 촉매 방식으로 다양한 비아릴 모노포스핀에 접근하기 위한 아릴포스핀의 직접 아릴화에 대한 수요가 여전히 높습니다.

여기에서 우리는 비아릴 모노포스핀 라이브러리에 신속하게 접근하기 위해 아릴 할라이드를 사용한 아릴포스핀의 로듐 촉매 P(III) 유도 C-H 활성화를 보고합니다. 특히, 1배, 2배 및 3배 C-H 활성화는 아릴 브로마이드의 입체적 제어를 통해 진행되어 입체적으로 방해가 되는 구조와 전자적으로 조정된 치환기를 조정 가능한 방식으로 제공하는 비아릴 모노포스핀 리간드를 제공할 수 있습니다(그림 1c). 첫 번째 C-H 아릴화에서 반응은 아릴포스핀의 4원 킬레이트 고리를 통해 진행되고, 현장에서 형성된 바이아릴 포스핀의 두 번째 및 세 번째 아릴화는 6원 킬레이트 고리를 통해 진행됩니다. 그러므로, 입체 장애가 있는 아릴 브로마이드의 사용은 단지 1배의 C-H 활성화를 나타낼 수 있습니다. 적당한 크기의 아릴 브로마이드 처리는 2배의 C-H 활성화를 겪을 수 있습니다. 파라 치환체만 있는 아릴 브로마이드를 선택하면 C-H 활성화가 3배 증가할 수 있습니다.