Reactions

2.1. Matsuda-Heck Reaction

2.1.1. Olefinic Coupling Partner

Kikukawa and Matsuda were the pioneers in studying the

reactivity of diazonium salts with transition metals. The

new method emerged as a complementary strategy to the

Meerwein reaction6 for the arylation of unactivated olefins

and also as an improvement on the method proposed in the

early studies with aryl halides that Mizoroki and Heck

separately conducted.20

Kikukawa和Matsuda是研究重氮盐与过渡金属盐反应的先驱者。

The olefins that were arylated were

styrene, cyclopentene, allylic alcohols, and ethyl acrylate.

The in situ reduction of LiPd(II)Cl3 by sodium formate or

Pd2(dba)3 as a source of Pd(0) in aqueous acetonitrile was

used as a catalytic system. The reaction occurred at room

temperature with sodium acetate as the base until production

of nitrogen gas ceased. The same authors extended the

methodology to the arylation of ethylene based on a

comparative study of a variety of monosubstituted arenediazonium

salts21,22 (Scheme 5).

Some exceptions were oand

p-nitrobenzenediazonium salts, which only gave nitrobenzene

as the main reaction product. It seems that the

reaction was also sensitive to the steric effects since

mesitylenediazonium salt did not produce the corresponding

styrene. A specific application by the same authors was

vinylation of a benzocrown ether23

The detailed

study of acrylonitrile was taken up again in 2001 when Cai

et al.24 published a paper that investigated both the arylation

of acrylonitrile and acrylamide with various arenediazonium

tetrafluoroborates using Pd(OAc)2 in EtOH at 80 ︒C. The

corresponding (E)-cinnamonitrile and (E)-cinnamamide derivatives

were obtained in yields of between 78% and %.

In 2001, another paper published by Cai et al.25 reported yields of up to 63%

for the arylation of alcohols 11 and 12 using Pd(OAc)2 as

the catalyst in EtOH at 60 ︒C. More recently, Muzart,

Roglans et al.26 achieved the arylation of several allylic

alcohols with arenediazonium tetrafluoroborates with Pd2-

(dba)3 in MeOH, obtaining the corresponding protected

aldehydes 16 from primary alcohols 11 and 12 and ketones

19 from secondary alcohols 17 and 18 (Scheme 7).

One of the main limitations of olefin arylations by

diazonium salts is the instability of some of these salts at

room temperature. Studying the reaction of arylamines with

styrene in the presence of palladium salts, Fujiwara et al.27

found that addition of an equimolar amount of tert-butyl

nitrite to the reaction mixture considerably improved the

yields of the corresponding stilbenes. Inspired by Matsuda’s

success in obtaining aryl-substituted olefins by a Pd-catalyzed

reaction of the olefin and arenediazonium salts,19 Fujiwara

described for the first time a direct domino diazotizationstyrene

arylation by amines in the presence of palladium salts

(Scheme 8). However, in the method used by Fujiwara,

stoichiometric amounts of Pd(OAc)2 were required in order

to obtain good yields (conditions i in Scheme 8). At the same

time, Matsuda et al.28 described the arylation of several

olefins by arylamines (the examples with styrene are given

in Scheme 8) using alkyl nitrite and catalytic amounts of

Pd2(dba)3. In this case it was necessary to add a mixture of

monochloroacetic acid and acetic acid to improve the results

(conditions ii in Scheme 8).

The “one-pot” diazotization-arylation reaction

was also subsequently employed by other authors. Beller et

al.29 described the direct synthesis of substituted styrenes

starting from several anilines and ethylene. The diazotization-

arylation process took place in the presence of

tBuONO, acetic acid, and a catalytic amount (5 mol %) of

Pd(OAc)2 at room temperature and with ethylene under

atmospheric pressure (Scheme 9).

Sengupta33 and Goeldner34 proposed an alternative to

overcome the problem of the instability of arenediazonium

salts based on the study of the effect of their counteranions

on the Matsuda-Heck reactions. Sengupta et al.33 generated

several arenediazonium salts in situ with different counteranions

(OAc, ClO4, F, CH3SO3, BF4, CF3CO2) by acidolysis

of 1-aryltriazenes with the corresponding acid and studied

their utility in the Matsuda-Heck reaction with ethyl

acrylate. With the exception of acetic acid, all acids produced

clean arylation processes in high yields (73-97%). For all

cases studied, the more economical diazonium perchlorates

and fluorides gave better results than the corresponding

isolated arenediazonium tetrafluoroborates. Goeldner et al.34

described an efficient, mild procedure for the synthesis of

arenediazonium trifluoroacetates under anhydrous conditions.

The method permitted production of large quantities of an

extensive series of aniline derivatives. Their application in

the arylation of ethyl acrylate was studied in depth, and an

interesting alternative to arenediazonium tetrafluoroborates

was found.

A very recent contribution in this area is due to Barbero,

Fochi et al.35 and Dughera,36 which use arenediazonium

o-benzenedisulfonimides (Figure 1) as an interesting alternative

to the more usual arenediazonium tetrafluoroborates.

These compounds are easy to prepare and isolate and are

highly stable.37 Furthermore, benzenedisulfonimide is easily

recovered for reuse at the end of the reaction. The authors

use this kind of arenediazonium salt in Matsuda-Heck35 and

Stille36 (see section 2.4.1.) coupling reactions.

It should be noted that in most cited cases reactions with

chloro-, bromo-, or iodo-substituted arenediazonium salts displayed

a high degree of chemoselectivity, indicating the

superior reactivity of the diazonium nucleofuge over chloride,

bromide, and even iodide. This fact illustrates one of the

advantages of working with arenediazonium salts as arylating

reagents in Matsuda-Heck reactions and shows that the

aryl-nitrogen bond is more reactive to zerovalent palladium

than aryl-halogen bonds. Sengupta38 and Xu39 have taken

advantage of the above-mentioned differential coupling of

the nucleofuges. 

Sengupta38 described a stepwise assembly

carried out on a 4-iodo-2-methylbenzenediazonium salt to

prepare unsymmetrical divinylbenzene derivatives (Scheme

11). As shown in Scheme 11, the different regioisomers were

obtained by switching the order in which the olefins were

added.

Xu et al.39 also described the synthesis of unsymmetrical

divinylbenzenes taking advantage of the superior reactivity

of arenediazonium salts as compared to aroyl chlorides.40

Several carboxybenzenediazonium salts were used to arylate

methyl acrylate using Li2PdCl4-CuCl as a catalytic system

in a methanolic solution at room temperature in 10-30 min.

The corresponding alkenylated benzoic acids were transformed

into their benzoyl chlorides, and this functionality

was used to run a second Pd-catalyzed arylation process.

Since it is known that arenediazonium salts in the presence

of Cu(I) can give a Meerwein reaction, the authors ran the

reaction in the absence of Li2PdCl4 to confirm that this

reaction did not occur here. However, the authors do not

explain why CuCl is required (Scheme 12).

Two- and 4-fold Matsuda-Heck reactions of bisdiazonium

salts 20 and 21 and tetrakis-diazonium salt 22 were described

by Sengupta et al.41,42 as a further demonstration of the

greater reactivity of arenediazonium salts. Matsuda-Heck

adducts 23 and 24 were obtained after 1 h with 60-83%

yields when Pd(OAc)2 was used as a catalyst in EtOH at 80︒C.

Another specific demonstration of the superior reactivity

of arenediazonium salts over aryl halides as electrophiles in

Matsuda-Heck reactions was given by Geneˆt et al.43 on

studying the arylation of perfluoroalkenes.

2.2. Suzuki-Miyaura Reaction

It was not until 20 years after the first utilization of the

arenediazonium salts in a palladium-catalyzed reactions that

these electrophiles were applied in Suzuki-Miyaura crosscouplings.

This late discovery was made independently, but

simultaneously, in the laboratories of Geneˆt et al.83 and

Sengupta at al.84 Moderate to good yields of biaryls were

obtained by coupling of arenediazonium tetrafluoroborates

and arylboronic acids in the presence of catalytic amounts

of Pd(OAc)2 and in the absence of both an added base and

ligands.

After the initial discovery the Geneˆt group performed an

intensive study to improve the reaction by modifying the

boronic counterpart.85 The search for a more nucleophilic

organoborane moiety led them to test potassium aryltrifluoroborates,

whose easy preparation had been previously

reported by Vedejs et al.86 in the Suzuki-Miyaura coupling.

These very stable, water-resistant, and easily isolated nucleophiles

were shown to be more efficient and reactive than

the corresponding organoboronic acids, leading to higher

product yields in shorter time periods

Geneˆt et al.83b showed that alkenyl boronic acids could

also be effectively coupled to arenediazonium tetrafluoroborates

using Pd(OAc)2 in 1,4-dioxane at room temperature.

Stilbene and styrene derivatives were obtained in good to

moderate yields (Scheme 31).

An elegant step forward was proposed by Geneˆt et

al.85b, in describing an efficient synthesis for potassium

vinyltrifluoroborate and studying its reactivity toward arenediazonium

salts under palladium catalysis. Good yields

of differently substituted styrenes were obtained

As a logical follow-up on the diversification of substrates,

Geneˆt et al.85b tried to extend the diazonium-trifluoroborate

coupling to formation of sp2-sp carbon-carbon bonds.

2.3. Carbonylative Coupling

Kikukawa, Matsuda et al.97 pioneered the use of diazonium

salts in carbonylation reactions. They first reported the Pdcatalyzed

reaction of arenediazonium tetrafluoroborates with

CO in the presence of sodium acetate, or other sodium

carboxylates, in acetonitrile.

Kikukawa, Matsuda et

al.99 were again the pioneers in the Pd-catalyzed carbonylation

of arenediazonium salts in the presence of tin

compounds, and their first communication appeared in

1982,99a the same year that arylboronic acids were described

for the first time100

2.4.1. Stille Cross-Coupling

Conventional Stille couplings17 with diazonium salts have

attracted much less attention than both Suzuki-Miyaura

cross-couplings (section 2.2) and carbonylative couplings

involving organostannanes (section 2.3).

Kikukawa, Matsuda et al.79 reported methylations with

Me4Sn to give toluenes 103, arylations, as well as a vinylation

with CH2dCH-SnBu3 that produced styrene (Scheme 47).

Methylation of diazonium salts, reported for the first time

in this study, was carried out using arenediazonium tetrafluoroborates

or hexafluorophosphates with different substituents,

giving moderate to good yields of substituted toluenes 103

in 2 h (Scheme 47).

2.4.2. Carbon-Heteroatom Coupling

By analogy with carbonylations, Keim et al.104 prepared

sulfinic acids 104 by reaction of diazonium tetrafluoroborates

in an atmosphere of SO2 and hydrogen in the presence of

10 mol % Pd/C (Scheme 48). As a reducing agent, the

authors demonstrated that hydrogen was superior to silanes,

which had been used by Kikukawa et al.98 in reductive

carbonylation processes.

Borylation of aromatics was achieved by Strongin et al.105

by palladium-catalyzed carbon-boron bond formation from

arenediazonium tetrafluoroborates. Thus, arenediazonium

salts reacted with both halves of bis(pinacolato)diborane 105

in the presence of PdCl2(dppf) in refluxing methanol to afford

boronic esters 106 (Scheme 49).

Two processes which do not fit any of our previous

headings involving arenediazonium salts in palladium crosscoupling

reactions are shown in Scheme 50. A ternary

coupling between norbornadiene, arenediazonium tetrafluoroborates,

and tin or boron compounds as formal donors of

Ph- or Ph-CtC-produced norbornenes 107 in moderate

to good yields.107

The second very different case is that of the reaction of

benzenediazonium tetrafluoroborate with silyl enol ethers in

the presence of Pd(PPh3)4, NaBPh4 using pyridine as a

solvent to afford a 74% yield of R-phenyl ketone. However,

the reaction was more efficient in the absence of the

palladium catalyst, demonstrating that arylation proceeded

via a radical mechanism promoted by pyridine.108

Concluding Remarks

arenediazonium salts

are attractive partners in palladium-catalyzed cross-coupling

reactions. In particular, Heck reactions involving arenediazonium

salts have been extensively developed and widely

used in the synthesis of natural products and other complex

organic compounds. There are fewer publications involving

use of these electrophiles in Suzuki-Miyaura, carbonylative,

Stille, and carbon-heteroatom cross-couplings. A series of

advantages of working with arenediazonium salts as electrophiles

has been observed. Arenediazonium salts derive

from inexpensive aromatic anilines, and the corresponding

tetrafluoroborates have the additional advantage of being

easily prepared in large quantities.

The

superior reactivity of the diazonium nucleofuge over halides

has also permitted the chemoselectivity of the crosscouplings,

which has resulted in interesting applications being

developed. Moreover, the cross-couplings do not seem to

be sensitive to the electronic nature of the substituents in

the arenediazonium salts, which is an important drawback

when aryl halides are used.下载本文