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Organic Chemistry Portal: Hiyama-Denmark Coupling
Hiyama-Denmark-Kupplung
Die Hiyama-Denmark-Kupplung ist eine Modifizierung der Hiyama-Kupplung, in welcher deprotonierte Silanole mit Vinyl- oder Arylhalogeniden eine palladium-katalysierte Kreuzkupplung eingehen. In der Hiyama-Denmark-Kupplung wird kein Fluorid zur Aktivierung mehr benötigt, was die Reaktion insbesondere kompatibel zu Substraten mit silyl-geschützten Gruppen und auch Large-Scale-Reaktoren macht.
Mechanismus
Der Vorschlag für den Mechanismus der Hiyama-Kupplung umfasst oxidative Addition zur Palladium(II)-Spezies, Transmetallierung und reduktive Eliminierung wobei der Palladium-Katalysator regeneriert wird:
Die meisten Schritte sind bei der Hiyama-Denmark-Kupplung identisch.
Damit die Transmetallierung in der Hiyama-Kupplung stattfindet, wird eine Aktivierung durch Fluorid und die Bildung einer pentavalenten Silizium-Spezies benötigt. Da die Hiyama-Denmark-Kupplung in Gegenwart einer Base stattfindet und stark von der sterischen und elektronischen Umgebung des Silizium-Atoms abhängt, wurde in einem ersten Vorschlag auch ein Mechanismus skizziert, in dem eine pentavalente Silizium-Spezies gebildet wird. So soll das in situ-gebildete Silanolat einen Organopalladium-Komplex bilden, der durch ein zweites Äquivalent des Silanolates vor der eigentlichen Transmetallierung aktiviert wird.
Später wurde gezeigt, dass die Reaktion erster Ordnung in Silanolat ist. Somit findet die Transmetallierung direkt aus dem Organopalladium(II)-Silanolat-Komplex statt.
Diese neue Reaktion ist besonders für die Umsetzung von Aryl- und Alkenyldimethylsilanolaten geeignet, wobei Aryldimethylsilanolate sehr viel langsamer umgesetzt werden. Dies hat einen zweiten Beweis für den Reaktionsmechanismus ermöglicht. Ein stabiler Palladium-Silanolat-Komplex konnte nämlich mittels Röntgen-Kristallographie untersucht werden und bei 100°C quantitativ in Abwesenheit von Additiven zum Biaryl umgesetzt werden.
Somit wurde die Notwendigkeit der Bildung einer pentavalenten Silizium-Spezies widerlegt. Ausserdem wurde gezeigt, dass die Komplexierung (Si-O-Pd) für den neuen Transmetallierung-Weg wichtig ist.
Seit dann wurden unterschiedliche Protokolle entwickelt, die den Umsatz von Estern, Ketonen aber auch silyl-geschützten Substraten ermöglichen. Milde Basen wie KOSiMe3 erlauben eine reversible Deprotonierung von Alkenyl- und Alkinyldimethylsilanolen. Arylsilanole benötigen mit Cs2CO3 in Toluol bei 90°C ein wenig drastischere Bedingungen, wobei Zugabe von Wasser die Homokupplung des Halogenides unterbindet. Für elektronenreiche Heterocyclen hat sich eine irreversible, vorgängige Deprotonierung mit NaH als besonders geeignete Alternative erwiesen.
Einige Protokolle können hier gefunden werden: Hiyama-Denmark Coupling. Eine weiterführende Betrachtung des Mechanismus und der synthetischen Möglichkeiten findet man in einem aktuellen Review von Denmark und Regens. (Acc. Chem. Res., 2008, in press, DOI).