Synlett 2011(7): 959-963  
DOI: 10.1055/s-0030-1259727
LETTER
© Georg Thieme Verlag Stuttgart ˙ New York

Direct Arylation of Heteroarenes Catalyzed by a Palladium-1,10-Phenanthroline Complex

Ryo Takita*a,b, Daichi Fujitaa, Fumiyuki Ozawa*a
a International Research Center for Elements Science (IRCELS), Institute for Chemical Research, Kyoto University, Uji, Kyoto 611-0011, Japan
Fax: +81(774)383039; e-Mail: ozawa@scl.kyoto-u.ac.jp;
b Graduate School of Pharmaceutical Sciences, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan
e-Mail: takita@mol.f.u-tokyo.ac.jp;
Further Information

Publication History

Received 10 December 2010
Publication Date:
10 March 2011 (online)

Abstract

A new entry in direct arylation of heteroarenes using Pd(OAc)2 and 1,10-phenanthroline as a nitrogen-based ligand is reported. The long induction period observed at the initial stage of the reaction was effectively reduced by modification of the catalyst preparation, leading to improved chemical yields (69-92%) and shortening of reaction times (3-10 h).

    References and Notes

  • For recent reviews on direct arylation or functionalization of aryl C-H bonds, see:
  • 1a Alberico D. Scott ME. Lautens M. Chem. Rev.  2007,  107:  174 
  • 1b Satoh T. Miura M. Chem. Lett.  2007,  36:  200 
  • 1c Seregin IV. Gevorgyan V. Chem. Soc. Rev.  2007,  36:  1173 
  • 1d Campeau L.-C. Stuart DR. Fagnou K. Aldrichimica Acta  2007,  40:  35 
  • 1e Mori A. Sugie A. Bull. Chem. Soc. Jpn.  2008,  81:  548 
  • 1f Kakiuchi F. Kochi T. Synthesis  2008,  3013 
  • 1g Lewis JC. Bergman RG. Ellman JA. Acc. Chem. Res.  2008,  41:  1013 
  • 1h Li B.-J. Yang S.-D. Shi Z.-J. Synlett  2008,  949 
  • For pioneering works on direct arylation of heteroarenes, see:
  • 2a Nakamura N. Tajima Y. Sakai K. Heterocycles  1982,  17:  235 
  • 2b Akita Y. Itagaki Y. Takizawa S. Ohta A. Chem. Pharm. Bull.  1989,  37:  1477 
  • 2c Ohta A. Akita Y. Ohkuwa T. Chiba M. Fukunaga R. Miyafuji A. Nakata T. Tani N. Aoyagi Y. Heterocycles  1990,  31:  1951 
  • For pioneering works on direct functionalization of arenes, see:
  • 3a Jia C. Kitamura T. Fujiwara Y. Acc. Chem. Res.  2001,  34:  633 
  • 3b Shilov AE. Shul’pin GB. Chem. Rev.  1997,  97:  2879 
  • For representative examples of palladium-catalyzed reactions, see:
  • 5a Pivsa-Art S. Satoh T. Kawamura Y. Miura M. Nomura M. Bull. Chem. Soc. Jpn.  1998,  71:  467 
  • 5b Sévignon M. Papillon J. Schulz E. Lemaire M. Tetrahedron Lett.  1999,  40:  5873 
  • 5c Okazawa T. Satoh T. Miura M. Nomura M. J. Am. Chem. Soc.  2002,  124:  5286 
  • 5d Hassan J. Schulz E. Gozzi C. Lemaire M.
    J. Mol. Catal. A: Chem.  2003,  195:  121 
  • 5e Glover B. Harvery KA. Liu B. Sharp MJ. Tymoschenko MF. Org. Lett.  2003,  5:  301 
  • 5f Mori A. Sekiguchi A. Masui K. Shimada T. Horie M. Osakada K. Kawamoto M. Ikeda T. J. Am. Chem. Soc.  2003,  125:  1700 
  • 5g Masui K. Ikegami H. Mori A. J. Am. Chem. Soc.  2004,  126:  5074 
  • 5h Park C.-H. Ryabova V. Seregin IV. Sromek AW. Gevorgyan V. Org. Lett.  2004,  6:  1159 
  • 5i Lane BS. Sames D. Org. Lett.  2004,  6:  2897 
  • 5j Lane BS. Sames D. J. Am. Chem. Soc.  2005,  127:  8050 
  • 5k Bressy C. Alberico D. Lautens M. J. Am. Chem. Soc.  2005,  127:  13148 
  • 5l Kobayashi K. Sugie A. Takahashi M. Masui K. Mori A. Org. Lett.  2005,  7:  5083 
  • 5m Campeau L.-C. Rousseaux S. Fagnou K. J. Am. Chem. Soc.  2005,  127:  18020 
  • 5n Touré BB. Lane BS. Sames D. Org. Lett.  2006,  8:  1979 
  • 5o Deprez NR. Kalyani D. Krause A. Sanford MS. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  4972 
  • 5p Nakano M. Satoh T. Miura M. J. Org. Chem.  2006,  71:  8309 
  • 5q Bellina F. Cauteruccio S. Rossi R. Eur. J. Org. Chem.  2006,  1379 
  • 5r Battace A. Lemhadri M. Zair T. Doucet H. Santelli M. Organometallics  2007,  26:  472 
  • 5s Wang X. Gribkov DV. Sames D. J. Org. Chem.  2007,  72:  1476 
  • 5t Chiong HA. Daugulis O. Org. Lett.  2007,  9:  1449 
  • 5u Chuprakov S. Chernyak N. Dudnik AS. Gevorgyan V. Org. Lett.  2007,  9:  2333 
  • 5v Iwasaki M. Yorimitsu H. Oshima K. Chem. Asian J.  2007,  2:  1430 
  • 5w Bellina F. Cauteruccio S. Rossi R. J. Org. Chem.  2007,  72:  8543 
  • 5x Turner GL. Morris JA. Greaney MF. Angew. Chem. Int. Ed.  2007,  46:  7996 
  • 5y Larivée A. Mousseau JJ. Charette AB. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  52 
  • 5z Labrasseur N. Larrosa I.
    J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  2926 
  • 6a Campeau L.-C. Bertrand-Laperle M. Leclerc J.-P. Villemure E. Gorelsky S. Fagnou K. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  3276 
  • 6b Bellina F. Benelli F. Rossi R.
    J. Org. Chem.  2008,  73:  5529 
  • 6c Nakano M. Tsurugi H. Satoh T. Miura M. Org. Lett.  2008,  10:  1851 
  • 6d Flegeau EF. Popkin ME. Greaney MF. Org. Lett.  2008,  10:  2717 
  • 6e Gorelsky SI. Lapointe D. Fagnou K. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  10848 
  • 6f Verrier C. Martin T. Hoarau C. Marsais F. J. Org. Chem.  2008,  73:  7383 
  • 6g Martin T. Verrier C. Hoarau C. Marsais F. Org. Lett.  2008,  10:  2909 
  • 6h Martins A. Lautens M. J. Org. Chem.  2008,  73:  8705 
  • 6i Ackermann L. Althammer A. Fenner S. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  201 
  • 6j Roger J. Pozgan F. Doucet H. J. Org. Chem.  2009,  74:  1179 
  • 6k Liégault B. Lapointe D. Caron L. Vlassova A. Fagnou K. J. Org. Chem.  2009,  74:  1826 
  • 6l Goikhman R. Jacques TL. Sames D. J. Am. Chem. Soc.  2009,  131:  3042 
  • 6m Campeau L.-C. Stuart DR. Leclerc J.-P. Bertrand-Laperle M. Villemure E. Sun H.-Y. Lasserre S. Guimond N. Lecavallier M. Fagnou K. J. Am. Chem. Soc.  2009,  131:  3291 
  • 6n Huestis MP. Fagnou K. Org. Lett.  2009,  11:  1357 
  • 6o Masuda N. Tanba S. Sugie A. Monguchi D. Koumura N. Hara K. Mori A. Org. Lett.  2009,  11:  2297 
  • 6p Zhang Y.-H. Shi B.-F. Yu J.-Q. J. Am. Chem. Soc.  2009,  131:  5072 
  • 6q Yanagisawa S. Ueda K. Sekizawa H. Itami K. J. Am. Chem. Soc.  2009,  131:  14622 
  • 6r Xi P. Yang F. Qin S. Zhao D. Lan J. Gao G. Hu C. You J. J. Am. Chem. Soc.  2010,  132:  1822 
  • 6s René O. Fagnou K. Adv. Synth. Catal.  2010,  352:  2116 
  • 6t Ueda K. Yangisawa S. Yamgauchi J. Itami K. Angew. Chem. Int. Ed.  2010,  49:  8946 
  • 6u Sun H.-Y. Gorelsky SI. Stuart DR. Campeau L.-C. Fagnou K.
    J. Org. Chem.  2010,  75:  8180 
  • For rhodium-catalyzed reactions, see:
  • 7a Lewis JC. Wiedemann SH. Bergmann RG. Ellman JA. Org. Lett.  2004,  6:  35 
  • 7b Wang X. Lane BS. Sames D.
    J. Am. Chem. Soc.  2005,  127:  4996 
  • 7c Wiedemann SH. Lewis JC. Ellman JA. Bergmann RG. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  2452 
  • 7d Lewis JC. Wu JY. Bergmann RG. Ellman JA. Angew. Chem. Int. Ed.  2006,  45:  1589 
  • 7e Yanagisawa S. Sudo T. Noyori R. Itami K. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  11748 
  • 7f Yanagisawa S. Sudo T. Noyori R. Itami K. Tetrahedron  2008,  64:  6073 
  • 7g Lewis JC. Berman AM. Bergmann RG. Ellman JA. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  2493 
  • 7h Berman AM. Lewis JC. Bergmann RG. Ellman JA. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  14926 
  • For copper-catalyzed reactions, see:
  • 8a Do H.-Q. Daugulis O. J. Am. Chem. Soc.  2007,  129:  12404 
  • 8b Do H.-Q. Khan RMK. Daugulis O. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  15185 
  • 8c Ackermann L. Potukuchi HK. Landsberg D. Vicente R. Org. Lett.  2008,  10:  3081 
  • 8d Yoshizumi T. Tsurugi H. Satoh T. Miura M. Tetrahedron Lett.  2008,  49:  1598 
  • For direct arylation of heteroarenes promoted by other metal species, see:
  • 9a Yanagisawa S. Ueda K. Taniguchi T. Itami K. Org. Lett.  2008,  10:  4673 
  • 9b Caniviet J. Yamaguchi J. Ban I. Itami K. Org. Lett.  2009,  11:  1733 
  • 9c Hachiya H. Hirano K. Satoh T. Miura M. Org. Lett.  2009,  11:  1737 
  • 9d Join B. Yamamoto T. Itami K. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  3644 
  • 9e Liu W. Cao H. Lei A. Angew. Chem. Int. Ed.  2010,  49:  2004 
  • 9f Vallée F. Mousseau JJ. Charrette AB. J. Am. Chem. Soc.  2010,  132:  1514 
  • 10 Palladium-catalyzed polycondensation of 2-bromothio-phenes based on direct arylation has been recently developed, see: Wang Q. Takita R. Kikuzaki Y. Ozawa F. J. Am. Chem. Soc.  2010,  132:  11420 
  • 11 Deprez NR. Sanford MS. Inorg. Chem.  2007,  46:  1924 
  • 12a Biswas B. Sugimoto M. Sakaki S. Organometallics  2000,  19:  3895 
  • 12b Davies DL. Donald SMA. Macgregor SA. J. Am. Chem. Soc.  2005,  127:  13754 
  • 12c Garcia-Cuadrado D. de Mendoza P. Braga AAC. Maseras F. Echavarren AM. J. Am. Chem. Soc.  2007,  129:  6880 
  • 12d Lafrance M. Lapointe D. Fagnou K. Tetrahedron  2008,  64:  6015 
  • 12e Pascual S. de Mendoza P. Braga AAC. Maseras F. Echavarren AM. Tetrahedron  2008,  64:  6021 ; and references cited therein
  • A stoichiometric reaction of [Pd(aryl)I(bipy)] with thiophene in the presence of AgNO3 and KF to afford 2-arylthiophene has been reported by Mori et. al:
  • 13a Sugie A. Kobayashi K. Suzaki Y. Osakada K. Mori A. Chem. Lett.  2006,  35:  1100 
  • 13b Mori A. Sugie A. Furukawa H. Suzaki Y. Osakada K. Akita M. Chem. Lett.  2008,  37:  542 
  • 13c Sugie A. Furukawa H. Suzaki Y. Osakada K. Akita M. Monguchi D. Mori A. Bull. Chem. Soc. Jpn.  2009,  82:  555 
  • Cleavage of arene C-H bonds on platinum(II) diimine complexes has been reported:
  • 14a Lersch M. Tilset M. Chem. Rev.  2005,  105:  2471 
  • 14b Wik BJ. Lersch M. Krivokapic A. Tilset M. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  2682 
  • 14c Williams TJ. Labinger JA. Bercaw JE. Organometallics  2007,  26:  281 
  • 14d Williams TJ. Caffyn AJM. Hazari N. Oblad PF. Labinger JA. Bercaw JE. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  2418 
  • 14e Bercaw JE. Hazari N. Labinger JA. Oblad PF. Angew. Chem. Int. Ed.  2008,  47:  9941 ; and references cited therein
  • 15 Very recently, Shibahara, Murai and co-workers reported a related catalytic system using [PdII(1,10-phenanthro-line)2](PF6)2, see: Shibahara F. Yamaguchi E. Murai T. Chem. Commun.  2010,  46:  2471 
  • In contrast, Pd(OAc)2 is known to be reduced smoothly to a Pd(0) species in the presence of tertiary phosphine ligands:
  • 18a Ozawa F. Kubo A. Hayashi T. Chem. Lett.  1992,  21:  2177 
  • 18b Amatore C. Jutand A. M’Barki MA. Organometallics  1992,  11:  3009 
  • 18c Amatore C. Carre E. Jutand A. M’Barki MA. Organometallics  1995,  14:  1818 
4

In this manuscript, the term ‘direct arylation of heteroarenes’ denotes the reaction of heteroarenes with (pseudo)halo-arenes. For other types of reactions (e.g., directing-group-controlled reactions or the reaction of arenes with organometallic reagents), see ref. 1.

16

Isolated Pd(OAc)2(1,10-phenanthroline) gave a comparable result (69%) under the same conditions.

17

The remaining part of 1a is very probably converted to benzene. The reduction of 1e to give ethyl benzoate was confirmed by GC-MS analysis of the reaction solution of entry 5 in Table  [²] .