Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktion

Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kreuzkupplungsreaktionen stellen eine der größten Revolutionen in der organischen Chemie dar und gehören derzeit zu den häufigsten Reaktionen in der synthetischen organischen Chemie. Mit ihrer Erfindung gewannen Akira Suzuki, Ei-Ichi Neghishi und Richard Heck 2010 den Nobelpreis für Chemie.

Unter den verschiedenen Arten der Kreuzkupplung ist die Suzuki-Miyaura – meist einfach „Suzuki-Kupplung“ genannt – wohl die mit dem größten Nutzen und der größten Anwendbarkeit. Die Suzuki-Chemie basiert auf der Pd(0)-katalysierten Kupplung eines Aryl- oder Vinyl-Halogenids mit einer Aryl- oder Vinylboronsäure.

Ihre Vorteile gegenüber ähnlichen Reaktionen liegen in den milden Reaktionsbedingungen, der gemeinsamen Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe und ihrer allgemein geringen Toxizität. Boronsäuren sind leicht vorzubereiten, auf dem Markt weit verbreitet und relativ kostengünstig. Geringere Umweltbelastung und geringere Sicherheitsrisiken tragen zusätzlich zu den Vorteilen gegenüber der Verwendung von Organo-Zink- oder Organo-Stannanverbindungen bei. Die anorganischen Nebenprodukte lassen sich leicht aus dem Gemisch entfernen. Es ist oft auch möglich, die Reaktion in Wasser durchzuführen, was für das grüne Profil von Vorteil ist, während es gleichzeitig für eine Vielzahl von wasserlöslichen Substraten geeignet ist.

Seit der Erfindung im Jahr 1979 wurden erhebliche Fortschritte erzielt und die Nutzung von Boronsäuren, Estern und Trifluorboratsalze sind weit verbreitet; auch Alkylboronsäuren können trotz ihrer geringeren Reaktivität (unter Verwendung von Katalysatoren der neuesten Generation) in Betracht gezogen werden.

Auch der Anwendungsbereich des anderen Kupplungspartners hat sich im Laufe der Zeit auf Pseudohalogenide wie Triflate oder Aryldiazoniumsalze und Alkylhalogenide erweitert. Die relative Reaktivität des Halogenid/Pseudohalogenid-Kupplungspartners ist:

R-I > R-Br > R-OTf >> R-Cl

Aryl > Vinyl >> Alkyl

Die neueste Generation homogener Pd-Katalysatoren haben die Katalysatorbelastung um Größenordnungen reduziert und damit zur Wirtschaftlichkeit der Reaktion beigetragen, die heute in zahlreichen kommerziellen Prozessen eingesetzt wird. Es ist möglich - und in der Tat vorteilhaft -, viele verschiedene Katalysatoren zu screenen, von relativ einfachen Pd(0)-Komplexen, wie Pd-Acetat und Pd-Tetrakis, oder verschiedene Formen von Pd-Vorkatalysatoren + Phosphinliganden und voll ausgebildeten (Vor-)Katalysatoren, häufig als luftstabile Komplexe für eine einfachere Handhabung durch den Chemiker.

Heterogene Pd-Katalysatoren können ebenfalls für einige einfache Kupplungen verwendet werden, obwohl ihre Reaktivität viel geringer ist als bei homogenen Katalysatoren für stark gehinderte Substrate oder Elektrophilen mit niedriger Reaktivität (z. B. Ar-Cl). Die Verwendung von Aryldiazoniumsalzen, oft auch „Superelektrophile“ genannt, als Kupplungspartner macht heterogene Katalysatoren zu einer durchaus attraktiven Option.