Abstract Katalyse mit Methode : Eine ganze Reihe katalytischer Palladiumsysteme für die C‐H‐Aktivierung/C‐C‐Kupplung (siehe Schema) wurde in jüngerer Zeit entwickelt. Ein besonderer Schwerpunkt ist die Pd II ‐katalysierte Kupplung von C‐H‐Bindungen mit metallorganischen Reagentien durch Pd II /Pd 0 ‐Katalysezyklen. Die Vielseitigkeit dieser Katalysemethode wird demonstriert, zudem werden offene Fragen sowie das Entwicklungspotenzial des Gebietes angesprochen. magnified image In den letzten zehn Jahren wurde die palladiumkatalysierte C‐H‐Aktivierung/C‐C‐Kupplung zu einer vielversprechenden katalytischen Umwandlung entwickelt. Allerdings sind die Möglichkeiten auf diesem Gebiet bisher noch nicht so umfangreich wie bei den Kreuzkupplungen, bei denen Aryl‐ und Alkylhalogenide eingesetzt werden. Dieser Aufsatz stellt vier ausführlich untersuchte Katalysemethoden zur C‐C‐Bindungsbildung ausgehend von C‐H‐Bindungen vor: Pd II /Pd 0 ‐, Pd II /Pd IV ‐, Pd 0 /Pd II /Pd IV ‐ und Pd 0 /Pd II ‐Katalyse. Außerdem werden neuere Entwicklungen bei der Pd II ‐katalysierten Kupplung von C‐H‐Bindungen mit metallorganischen Reagentien durch einen Pd II /Pd 0 ‐Katalysezyklus vorgestellt. Ungeachtet aller bisherigen Fortschritte verbleibt es eine wichtige Aufgabe, die Vielseitigkeit und Anwendbarkeit dieser Reaktionen auf eine breitere Grundlage zu stellen.

The use of preformed sodium carboxylates as substrates led to the first observation of facile Pd-insertions into sp3 β-C−H bonds in simple aliphatic acids. Consequently, Pd-catalyzed methylation and arylation of o-C−H bonds in benzoic acids and β-C−H bonds in aliphatic acids using either a phenylboronate, methylboronic acid, or ArI have been achieved via a C−H activation/C−C coupling sequence.

Heck of an Alternative The Mizoroki-Heck reaction is widely used in organic synthesis to link together unsaturated carbon fragments such as olefins and arenes. However, one of its drawbacks is the need to append a reactive group such as a halogen to one of the reagents beforehand. Wang et al. (p. 315 , published online 26 November) present an alternative palladium-catalyzed reaction that links olefins directly to aryl acids. Oxygen added to the reaction medium concurrently oxidizes the aryl C-H bond at the linkage site, eliminating the need for prior halogenation. Introducing amino acid–derived ligands tunes the aryl site at which the reaction takes place, and efficient reactivity can be achieved across a diverse range of substrates.

O-Methyl hydroxamic acids, readily available from carboxylic acids, are found to be extremely reactive for β-C−H activation by Pd(OAc)2. This reactivity is exploited to develop the first example of cross-coupling sp3 C−H bonds with sp3 boronic acids. Air was shown to be a suitable stoichiometric oxidant for the catalytic oxidative coupling reaction. A biologically active natural product is readily converted to its novel analogues through this coupling reaction.

Initial rate studies have revealed dramatic acceleration in aerobic Pd(II)-catalyzed C−H olefination reactions of phenylacetic acids when mono-N-protected amino acids are used as ligands. In light of these findings, systematic ligand tuning was undertaken, which has resulted in drastic improvements in substrate scope, reaction rate, and catalyst turnover. We present evidence from intermolecular competition studies and kinetic isotope effect experiments that implies that the observed rate increases are a result of acceleration in the C−H cleavage step. Furthermore, these studies suggest that the origin of this phenomenon is a change in the mechanism of C−H cleavage from electrophilic palladation to proton abstraction.

Pd(II)-catalyzed enantioselective C-H olefination of diphenylacetic acid substrates has been achieved through the use of monoprotected chiral amino acid ligands. The absolute configuration of the resulting olefinated products is consistent with that of a proposed C-H insertion intermediate.

A novel Pd(II)-catalyzed ortho-C−H olefination protocol has been developed using spatially remote, unprotected tertiary, secondary, and primary alcohols as the directing groups. Mono-N-protected amino acid ligands were found to promote the reaction, and an array of olefin coupling partners could be used. When electron-deficient alkenes were used, the resulting olefinated intermediates underwent subsequent Pd(II)-catalyzed oxidative intramolecular cyclization to give the corresponding pyran products, which could be converted into ortho-alkylated alcohols under hydrogenolysis conditions. The mechanistic details of the oxidative cyclization step are discussed and situated in the context of the overall catalytic cycle.

The use of aryltrifluoroborates as coupling partners and O(2) as the oxidant substantially improves the scope and practicality of the Pd-catalyzed C-H activation/C-C coupling reaction. The newly discovered protocol made possible, for the first time, the ortho-coupling of electron-deficient arenes and phenyl acetic acids with organometallic reagents.