Mechanistic Study of an Improved Ni Precatalyst for Suzuki–Miyaura Reactions of Aryl Sulfamates: Understanding the Role of Ni(I) Species

化学 歧化过程 芳基 催化循环 催化作用 偶联反应 还原消去 组合化学 二茂铁 铃木反应 有机化学 药物化学 烷基 电化学 物理化学 电极
作者
Megan Mohadjer Beromi,Ainara Nova,David Balcells,Ann Marie Brasacchio,Gary W. Brudvig,Louise M. Guard,Nilay Hazari,David J. Vinyard
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (2): 922-936 被引量:152
标识
DOI:10.1021/jacs.6b11412
摘要

Nickel precatalysts are potentially a more sustainable alternative to traditional palladium precatalysts for the Suzuki–Miyaura coupling reaction. Currently, there is significant interest in Suzuki–Miyaura coupling reactions involving readily accessible phenolic derivatives such as aryl sulfamates, as the sulfamate moiety can act as a directing group for the prefunctionalization of the aromatic backbone of the electrophile prior to cross-coupling. By evaluating complexes in the Ni(0), (I), and (II) oxidation states we report a precatalyst, (dppf)Ni(o-tolyl)(Cl) (dppf = 1,1′-bis(diphenylphosphino)ferrocene), for Suzuki–Miyaura coupling reactions involving aryl sulfamates and boronic acids, which operates at a significantly lower catalyst loading and at milder reaction conditions than other reported systems. In some cases it can even function at room temperature. Mechanistic studies on precatalyst activation and the speciation of nickel during catalysis reveal that Ni(I) species are formed in the catalytic reaction via two different pathways: (i) the precatalyst (dppf)Ni(o-tolyl)(Cl) undergoes comproportionation with the active Ni(0) species; and (ii) the catalytic intermediate (dppf)Ni(Ar)(sulfamate) (Ar = aryl) undergoes comproportionation with the active Ni(0) species. In both cases the formation of Ni(I) is detrimental to catalysis, which is proposed to proceed via a Ni(0)/Ni(II) cycle. DFT calculations are used to support experimental observations and provide insight about the elementary steps involved in reactions directly on the catalytic cycle, as well as off-cycle processes. Our mechanistic investigation provides guidelines for designing even more active nickel catalysts.
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