Mechanism of the Ullmann Biaryl Ether Synthesis Catalyzed by Complexes of Anionic Ligands: Evidence for the Reaction of Iodoarenes with Ligated Anionic CuI Intermediates

化学 氧化加成 芳基 脱质子化 还原消去 催化作用 乙醚 齿合度 药物化学 反应机理 离解(化学) 光化学 有机化学 金属 烷基 离子
作者
Ramesh Giri,Andrew T. Brusoe,Konstantin Troshin,Justin Y. Wang,Marc Font,John F. Hartwig
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:140 (2): 793-806 被引量:108
标识
DOI:10.1021/jacs.7b11853
摘要

A series of experimental studies, along with DFT calculations, are reported that provide a detailed view into the mechanism of Ullmann coupling of phenols with aryl halides in the presence of catalysts generated from Cu(I) and bidentate, anionic ligands. These studies encompass catalysts containing anionic ligands formed by deprotonation of 8-hydroxyquinoline, 2-pyridylmethyl tert-butyl ketone, and 2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dione. Three-coordinate, heteroleptic species [Cu(LX)OAr]− were shown by experiment and DFT calculations to be the most stable complexes in catalytic systems containing 8-hydroxyquinoline or 2-pyridylmethyl tert-butyl ketone and to be generated reversibly in the system containing 2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dione. These heteroleptic complexes were characterized by a combination of 19F NMR, 1H NMR, and UV–vis spectroscopy, as well as ESI-MS. The heteroleptic complexes generated in situ react with iodoarenes to form biaryl ethers in high yields without evidence for an aryl radical intermediate. Measurements of 13C/12C isotope effects showed that oxidative addition of the iodoarene occurs irreversibly. This information, in combination with the kinetic data, shows that oxidative addition occurs to the [Cu(LX)OAr]− complexes and is turnover-limiting. A Hammett analysis of the effect of phenoxide electronic properties on the rate of the reaction of [Cu(LX)OAr]− with iodotoluene also is consistent with oxidative addition of the iodoarene to an anionic phenoxide complex. Calculations by DFT suggest that this oxidative addition is followed by dissociation of I– and reductive elimination of the biaryl ether from the resulting neutral Cu(III) complex.
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