III.2.9 COUPLING OF ALLYL, BENZYL, OR PROPARGYL WITH UNSATURATED GROUPS |
581 |
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n-BuC |
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CH |
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||
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||||
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Y2B |
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BY2, Pt(PPh3)4 |
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|||||||||
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||||||||||
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|||||||||||
BY2 B |
O |
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XCH2Ph |
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||||||||||||
O |
|
n-Bu |
|
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|
H |
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|
n-Bu |
|
|
H |
||||||||||||||||||
|
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Cl2Pd(dppf), K2CO3 |
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Y2B |
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BY2 |
[68] |
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Y2B |
CH2Ph |
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X = Cl (82%), Br (32%) |
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|||||||||
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R |
|
R |
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Cl2Pd(PPh3)2 |
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R |
R |
|||||||||||||
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KOH, DME |
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|||||||||||||||||
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+ XCH2Ph |
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|||||||||
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Y2B |
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[71] |
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Y2B |
CH2Ph |
||||||||||||||||||||
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|
BY2 |
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||||||||||||||||
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|||||||||||||||
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R = Et (83%), Ph (>95%) |
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|||||||||
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Scheme 28 |
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|||||||
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COOMe |
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|
|
COOMe |
|
|
||||||||||
O |
|
|
Br + |
|
Me3Sn |
|
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OTHP |
|
|
|
|
|
O |
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|
|
|
OTHP |
||||||||||
|
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|
|
|
|
|
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|
Pd(PPh3)4 |
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||||||
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|
OSiPh2Bu-t |
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[103] |
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|
OSiPh2Bu-t |
||||||||||||
O |
|
|
|
|
|
|
COOMe |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|||||||||||
|
steps |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
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|
||||||||
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|
O |
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||
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O |
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acerosolide |
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|||||||||
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O |
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MeO |
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PdLn |
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MeO |
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MeO |
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Me |
Me2Al |
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H |
MeO |
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Me |
||||||||||||||||||
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n−1 |
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||||||||||||||||||||
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[91],[104] |
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||||||
MeO |
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NiLn |
MeO |
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n H |
||||||||||||||
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|||||||
MeO |
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Cl |
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MeO |
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|||||||
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n |
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Catalyst |
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Temperature ( C) |
Time (h) |
Yield (%) |
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|||||||
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||||||||
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5 |
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Pd(PPh3)4 |
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r.t. |
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4 |
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|
3 |
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||||||||
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|
5 |
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|
Pd(PPh3)4 |
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|
THF reflux |
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12 |
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68 |
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||||||||||||
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|
5 |
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|
Cl2Ni(PPh3)2 |
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|
r.t. |
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0.25 |
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87 |
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|||||||||||||
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|
DIBAH |
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|
|
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
||||
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|
|
|
|
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|
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|
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|
|||||||||||||
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|
3 |
|
|
Cl2Ni(PPh3)2 |
|
|
r.t. |
|
|
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|
0.25 |
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89 |
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|||||||||||||
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DIBAH |
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Scheme 29
582 III Pd-CATALYZED CROSS-COUPLING
D. Pd-CATALYZED ALLENYLATION AND PROPARGYLATION
Pd-catalyzed allenylation and propargylation of organometals has been much less extensively investigated than the corresponding allylation. The first report on the Pd-catalyzed reaction of organometals with propargylic electrophiles is most probably a paper reported in 1980 by Jeffery-Luong and Linstrumelle on the reaction of n-octylmagnesium chloride and tolylmagnesium bromide with propargyl and allenyl halides in the presence of a Pd catalyst generated in situ from PdCl2, PPh3 (2 equiv), and DIBAH[3] (Scheme 30). Regardless of whether propargylic chlorides or allenyl bromides were used, allenes were produced to the extent of 99% except in a couple of cases where the regioselectivity was 90 –93%.
Me
R
|
Cl |
|
|
|
|
|
R1MgX |
Me |
|
|
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Cl2Pd(PPh3)2, DIBAH |
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||
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|
or |
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|||||
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|
R1 |
|||||
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|
R |
|
|||||||
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|||
Me |
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R = H or Me |
48−98% |
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||
|
|
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|
R1 = n-Oct or Tol |
(90−99% regioselective) |
|||
R |
|
|
|||||||||
|
|
Br |
|
|
|
|
Scheme 30
This was soon followed by a series of detailed studies by Vermeer and co-workers on similar reactions of organometals containing Li, Mg, Zn, Cu, and Ag.[26],[105] –[108] A systematic screening of metal countercations summarized in Tables 10 and 11[106] indicate the following. (i) Both allenyl and propargyl electrophiles selectively produce allenes rather than alkynes. (ii) In the reaction of allenyl electrophiles, only the bromide, but not the acetate, gives satisfactory results. In sharp contrast, a variety of propargylic electrophiles, such as those containing Br, OAc, OSOMe, and OPO(OEt)2, can provide the desired allenyne in excellent yields. (iii) Alkynylmetals containing Mg, Zn, Cu, and Ag, but not Li, can produce the desired allenyne in excellent yields. However, Zn along with (CuLi)1/2 has consistently led to the highest product yields except with the allenyl acetate. Although somewhat inferior, Mg and Ag can lead to very satisfactory results in some cases. However, the results obtained with the Li reagents are uniformly poor.
TABLE 10. Pd-Catalyzed Reaction of 3-Methyl-1,2-butadienyl Electrophiles with Trimethylsilylethynylmetals
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|
4% Pd(PPh3)4 |
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||
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|
|
+ |
M |
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|
SiMe3 |
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|
||||||
|
|
|
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|
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|
|
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|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SiMe3 |
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Product Yield (%) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
X |
M Li |
M MgCl |
|
M ZnCl |
M Cu |
M (CuLi)1/2 |
M Ag |
||||||||||||
Br |
3 |
80 |
|
100 |
|
33 |
|
100 |
|
|
|
23 |
|||||||
OAc |
0 |
34 |
|
7 |
|
4 |
|
|
— |
|
— |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
III.2.9 COUPLING OF ALLYL, BENZYL, OR PROPARGYL WITH UNSATURATED GROUPS |
583 |
||||||||||||||||||||||
TABLE 11. Pd-Catalyzed Reaction of 2-Methyl-3-butyn-2-yl Electrophiles with |
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|||||||||||||||||||
Trimethylsilylethynylmetals |
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4% Pd(PPh3)4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
+ |
M |
|
|
|
|
SiMe3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SiMe3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Product Yield (%) |
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
X |
M Li |
|
|
M MgCl |
M ZnCl |
M Cu |
M Ag |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Br |
0 |
|
|
70 |
|
|
98 |
|
|
|
— |
|
98 |
|
|||||||||
OAc |
0 |
|
|
75 |
|
|
98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
98 |
|
|
|
|
|
86 |
|
|||||||||
OSOMe |
— |
|
|
|
|
90 |
|
|
98 |
|
|
|
98 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|||
OPO(OEt)2 |
20 |
|
|
|
|
98 |
|
|
98 |
|
|
|
— |
|
80 |
|
|||||||
|
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The scope of these reactions has been further probed with various organozincs, and some representative results are shown in Scheme 31.[106]
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Br |
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2% Pd(PPh3)4 |
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SiMe3 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
+ |
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|
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Scheme 31
584 III Pd-CATALYZED CROSS-COUPLING
Later studies have indicated that, in addition to Zn along with Cu, Mg, and Ag discussed above, Al,[109] Sn,[109] and B[110] are effective in some Pd-catalyzed allenylation – propargylation reactions (Scheme 32). So, essentially all of the nine or ten metals used in Pd-catalyzed cross-coupling with the exception of Si and Zr may be used in this reaction. Among them, organozincs have been most extensively and successfully used, and they appear to be the reagents of choice in a general sense. As in many other Pd-catalyzed cross-coupling reactions, however, the selection of the optimal metal countercation must take into consideration various other factors and parameters as well in each given case.
Ph |
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AcO |
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Pent-n |
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Bu3Sn |
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Me |
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Me |
Sn |
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73% (80:20) |
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4 Ph |
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3% Pd(PPh3)4 |
75% (64:36) |
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Me |
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THF, reflux |
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n-Hex |
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Bu |
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Me C |
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Bu + PhB |
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OCO2R |
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R = Me (78%), t-Bu (47%), Ph (12%)
Scheme 32
Interesting variations of potential synthetic utility include the use of -acetylenic epoxides[106] and -allenic alcohol derivatives.[26],[111] The latter, which can be obtained from the former, have been converted to conjugated dienes for use in the Diels–Alder and other reactions (Scheme 33).
As might be expected in analogy with Pd-catalyzed allylation, the overall inversion of configuration at the propargylic carbon center has been shown to be predominant[108],[112] (Scheme 34). This is in accordance with a sequence consisting of oxidative addition with inversion, transmetallation, and reductive elimination with retention.
As indicated by the results shown in Schemes 31–34 and Tables 10 and 11, Pd-catalyzed allenylation has been achieved mostly by using allenyl and propargyl electrophiles. Because of the predominant or even exclusive formation of allenes in these reactions, incorporation of a propargyl group has rarely been observed in these reactions. Only within the past few years has the use of allenylor propargylmetals been investigated, and a propargyl moiety has been incorporated in the products of Pd-catalyzed allenyl(propargyl)–alkenyl coupling (Scheme 35).[113] This reaction clearly deserves further investigation.
III.2.9 COUPLING OF ALLYL, BENZYL, OR PROPARGYL WITH UNSATURATED GROUPS |
585 |
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RZnCl |
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R2 |
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cat. Pd(PPh3)4 |
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(>98%) |
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C |
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C C |
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R2 |
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R |
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CH2OH |
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R1C |
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C |
C CH2 |
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R = H2C |
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CH |
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, Me3SiC |
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C |
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, t-BuCH |
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CH |
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O |
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n-BuZnCl |
R1 |
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R2 |
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R1, R2 = H or Me |
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cat. Pd(PPh3)4 |
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C |
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C C |
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ZnCl |
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n-Bu |
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CR1OAc |
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R |
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R1 |
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2% Pd(PPh3)4 |
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H2C |
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C C |
2 |
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|||||||||
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OMe |
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[26] |
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|
R2 |
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|
OMe |
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|||||||||||||||||||||||||||||
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R1 = H or Me |
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R2 = H2C |
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CH |
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, Me3SiC |
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C |
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Ph, t-BuCH |
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C |
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CH |
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R1 |
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R3BX2 |
R2 |
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R1 |
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C |
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C |
CHCH2OCO2Me |
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3% Pd(PPh3)4 |
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[111] |
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R2 |
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R3 |
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31−92% |
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R1, R2 = H or Me |
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R3 = alkyl, alkenyl, aryl |
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Scheme 33 |
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Ph |
PhZnCl |
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H |
3% Pd(PPh3)4 Ph |
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Ph |
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C |
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H |
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H |
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(R)-(−) X |
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(R)-(−) |
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X = AcO, CF3CO2, MeSO2 |
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Scheme 34 |
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PhC |
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CCH3 |
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I |
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COOEt |
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1. BuLi |
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5% Pd(PPh3)4 |
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2. ZnBr2 |
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Ph |
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88% |
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COOEt |
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[PhC |
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C |
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CH2]ZnBr |
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X |
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COOEt |
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5% Pd(PPh3)4 |
Ph |
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COOEt |
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1.5% HgCl2 |
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X = I (60%), Br (69%), Cl (0%)
Scheme 35
Pd-catalyzed allenylation–propargylation has hardly been applied to natural products synthesis. To date, the synthesis of ( )-2,3-octadiene-5,7-diyn-1-ol, a metabolite from fungus Cortinellus berkeleyanus shown in Scheme 36,[106] may well be the only example.
586 III Pd-CATALYZED CROSS-COUPLING
Although the products are not natural, the synthesis of indole derivatives shown in Scheme 37 is noteworthy.[114]–[116] Interestingly, -allenylation and -propargylation with concomitant -ethylation have been observed. The ethyl group is derived from Et3B used as a boron reagent.
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1. HC |
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C |
HC CH2 |
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||||||||||||||
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O |
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cat. Pd(PPh3)4 |
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Me3Si(C |
|
C)2ZnCl |
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Me3Si(C |
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C)2CH |
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C |
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CHCH2OH |
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2. H3O+ |
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||||||||||||||
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1. |
AgNO3 |
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2. |
NaCN |
H(C |
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C)2CH |
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C |
|
CHCH2OH |
||||||||||||
|
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|
a metabolite of Cortinellus berkeleyames
Scheme 36
|
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R1 |
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R2 |
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||
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|||
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1. t-BuLi |
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R1 |
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|
C R3 |
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|||||
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|||||||||
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||||||||||
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+ cat. PdLn |
OCOOMe |
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R2 |
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2. BEt3 |
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|||||||||||
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Li |
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R |
3 |
+ |
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_ |
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N |
N |
BEt3 |
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N |
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Et |
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Z |
Z |
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|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
R2
R3
N
Z
R1
Scheme 37
REFERENCES
[1]M. Kosugi, K. Sasazawa, Y. Shimizu, and T. Migita, Chem. Lett., 1977, 301.
[2]E. Negishi, A. O. King, and N. Okukado, J. Org. Chem., 1977, 42, 1821.
[3]T. Jeffery-Luong and G. Linstrumelle, Tetrahedron Lett., 1980, 21, 5019.
[4]R. F. Heck, J. Am. Chem. Soc., 1968, 90, 5531.
[5]K. Tamao, J. Yoshida, M. Takahashi, and M. Kumada, Tetrahedron Lett., 1978, 2161.
[6]D. Milstein and J. K. Stille, J. Am. Chem. Soc., 1979, 101, 4992.
[7](a) T. Hayashi, M. Konishi, K. Yokota, and M. Kumada, J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1981, 313. (b) T. Hayashi, M. Konishi, K. Yokota, and M. Kumada, J. Organomet. Chem., 1985, 285, 359.
[8]E. Negishi, S. Chatterjee, and H. Matsushita, Tetrahedron Lett., 1981, 22, 3737.
[9]R. C. Larock and S. J. Ilkka, Tetrahedron Lett., 1986, 27, 2211.
[10]H. Yatagai, Bull. Chem. Soc. Jpn., 1980, 53, 1670.
III.2.9 COUPLING OF ALLYL, BENZYL, OR PROPARGYL WITH UNSATURATED GROUPS |
587 |
[11]N. Miyaura, T. Yano, and A. Suzuki, Tetrahedron Lett., 1980, 21, 2865.
[12]I. P. Beletskaya, A. N. Kashin, S. A. Lebedev, and N. A. Bumagin, Izv. Akad. Nauk SSSR Ser. Khim., 1981, 2414.
[13]G. A. Tolstikov and A. N. Kasatkin, Izv. Akad. Nauk SSSR Ser. Khim., 1984, 2835.
[14]J. Schwartz, Y. Hayashi, M. Riediker, and J. S. Temple, Tetrahedron Lett., 1981, 22, 2629.
[15]J. S. Temple and J. Schwartz, J. Am. Chem. Soc., 1980, 102, 7381.
[16]J. S. Temple, M. Riediker, and J. Schwartz, J. Am. Chem. Soc., 1982, 104, 1310.
[17]M. W. Hutzinger and A. C. Oehlschlager, J. Org. Chem., 1995, 60, 4595.
[18]A. M. Castaña and A. M. Echavarren, Tetrahedron Lett., 1996, 37, 6587.
[19]D. R. Tueting, A. M. Echavarren, and J. K. Stille, Tetrahedron, 1989, 45, 979.
[20]S. Chatterjee and E. Negishi, J. Org. Chem., 1985, 50, 3406.
[21]A. Orita, A. Watanabe, H. Tsuchiya, and J. Otera, Tetrahedron, 1999, 55, 2889.
[22]M. Kosugi, Y. Miyajima, H. Nakanishi, H. Sano, and T. Migita, Bull. Chem. Soc. Jpn., 1989, 62, 3383.
[23]M. J. O’Donnell, M. Li, W. D. Bennett, and T. Grote, Tetrahedron Lett., 1994, 35, 9383.
[24]M. W. Hutzinger and A. C. Oehlschlager, J. Org. Chem., 1991, 56, 2918.
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