Kumada-Kupplung

Die Kumada-Kupplung - 1972 entwickelt - war die erste Palladium- oder Nickel-katalysierte Kupplungsreaktion.

Die verwendeten Grignard-Reagenzien und Nickel-Katalysatoren ermöglichen sehr gute Umsätze und kostengünstige Reaktionsführung. Ein Nachteil dieser Reaktion ist die eingeschränkte Bandbreite an möglichen Edukten, welche nicht mit Grignard-Reagenzien reagieren.

Die Kumada-Kupplung wird zur Synthese von Styrol-Derivaten im industriellen Massstab verwendet und erlebt eine Renaissance in der Alkyl-Kupplung. Zink-, Bor- und Zinn-Organyle, wie sie in den anderen Kreuzkupplungs-Reaktionen verwendet werden, sind meistens Derivate von Grignard-Reagenzien. Die Kumada-Kupplung hilft also auch, die Anzahl Reaktionsschritte zu verringern.

Mechanismus

Die Reaktion wird entweder durch Palladium-(0)- oder Nickel-(0)-Komplexe katalysiert, welche auch in situ gebildet werden können. Hierbei entsteht homogekuppeltes Nebenprodukt:

Nickelkatalysatoren sind reaktiver - sowohl in der Kupplungsreaktion als auch gegen Oxidation durch Sauerstoff. Aufgrund der Nebenreaktionen sollte tunlichst unter einer Argon-Atmosphäre gearbeitet werden.

Die eigentliche katalytische Reaktion läuft über eine oxidative Addition. Es bildet sich ein Ni- oder Pd-(II)-Organyl, welches in einer Transmetallierung zu einem Diorganyl umgesetzt wird. Eine reduktive Eliminierung setzt gekuppeltes Produkt und den Katalysator auf der Oxidationsstufe Null wieder frei:

Der Umsatz von einigen Heterozyklen in Kumada-Kupplungen zeugt von der Effizienz der Nickel-katalysierten Reaktion:

Kumada, Tetrahedron, 1982, 38, 3347.

Der Vergleich zwischen Nickel- und Palladium-Katalysatoren zeigt zwei wichtige Unterschiede auf:

- Die Reaktivität der Halogenide ist bei Pd-Katalyse I > Br >> Cl, bei Ni: Cl > Br > I.

- Stereoselektivität:

Nickel-Katalysatoren können Alkenyl-Grignard-Reagenzien nicht stereoselektiv (unter Retention) umsetzen. Nickel-Katalyse kann radikalische Mechanismen beinhalten.

Die folgende Umsetzung zeigt die höhere Selektivität unter Pd-Katalyse eindrücklich: