Iridium-Catalyzed Reactions Involving Transfer Hydrogenation, Addition, N-Heterocyclization, and Alkylation Using Alcohols and Diols as Key Substrates

Abstract

This account gives an overview of iridium-catalyzed ­reactions developed by our group using mainly alcohols and diols as substrates. In the presented reactions, the iridium catalyst serves as a hydrogen acceptor from the alcohols giving iridium hydride, which is a key transient species. Herein, we report hydrogenation, alkylation, esterification, N-heterocyclization, and coupling reactions using alcohols and diols as reagents.

1 Introduction

2 Hydrogenation of α,β-Unsaturated Carbonyl Compounds and Alkenes

3 Synthesis of Vinyl and Allyl Ethers

4 Synthesis of γ,δ-Unsaturated Carbonyl Compounds

5 α-Alkylation Using Alcohols and Diols as Alkylating Agents

5.1 α-Alkylation of Methyl Ketones

5.2 α-Alkylation of Arylacetonitriles

5.3 α-Alkylation of Active Methylene Compounds

5.4 α-Alkylation of Acetates

6 β-Alkylation (Guerbet Reaction)

7 Oxidative Esterification

8 N-Heterocyclization

8.1 Synthesis of Quinolines from Amino Alcohols and Ketones

8.2 Synthesis of Benzo[h]quinolines and Benzoindole Derivatives from Naphthylamines and Diols

9 Coupling Reaction of Alcohols with Alkynes

9.1 Synthesis of Homoallylic Alcohols

9.2 Synthesis of α,β-Unsaturated Ketones (Hydroacylation)

10 Concluding Remarks

Key words

iridium - alcohols - transfer hydrogenations - alkylations - coupling

References

• 1 Crabtree RH. Acc. Chem. Res.  1979,  12:  331 
• 2 Oro LA. Cabeza JA. Cativiela C. Díaz de Villegas MD. Meléndez E. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1983,  1383 
• 3 Cabeza JA. Cativiela C. Díaz de Villegas MD. Oro LA. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1  1988,  1 
• 4 Lightfoot A. Schnider P. Pfaltz A. Angew. Chem. Int. Ed.  1998,  37:  2897 
• 5 Roseblade SJ. Pfaltz A. C. R. Chim.  2007,  10:  178 
• 6 Stoke G. Kahne DE. J. Am. Chem. Soc.  1983,  105:  1072 
• 7 Kainz S. Brinkmann A. Leitner W. Pfaltz A. J. Am. Chem. Soc.  1999,  121:  6421 
• 8 Vázquez-Serreno LD. Owens BT. Buriak JM. Chem. Commun. (Cambridge)  2002,  2518 
• 9 Ishii Y. Obora Y. Sakaguchi S. In Iridium Complexes in Organic Synthesis   Oro LA. Claver C. Wiley; New York: 2009.  p.251-275  
• 10 Dobereiner GE. Crabtree RH. Chem. Rev.  2010,  110:  681 
• 11 Guillena G. Ramón DJ. Yus M. Chem. Rev.  2010,  110:  1611 
• 12 Guillena G. Ramón DJ. Yus M. Angew. Chem. Int. Ed.  2007,  46:  2358 
• 13 Hamid MHSA. Slatford PA. Williams JMJ. Adv. Synth. Catal.  2007,  349:  1555 
• 14 Nixon TD. Whittlesey MK. Williams JMJ. Dalton Trans.  2009,  753 
• 15 Bower JF. Kim IS. Patman RL. Krische MJ. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  34 
• 16 Ishii Y. Sakaguchi S. Bull. Chem. Soc. Jpn.  2004,  77:  909 
• 17 Takeuchi R. Kezuka S. Synthesis  2006,  3349 
• 18 Fujita K. Yamaguchi R. Synlett  2005,  560 
• 19 Bianchini C. Gonsalvi L. Peruzzini M. In Iridium Complexes in Organic Synthesis   Oro LA. Claver C. Wiley; New York: 2009.  p.55-106  
• 20 Mizugaki T. Kanayama Y. Ebitani K. Kaneda K. J. Org. Chem.  1988,  63:  2378 
• 21 Bianchini C. Peruzzini M. Farnetti E. Kašper J. Graziani M. J. Organomet. Chem.  1995,  488:  91 
• 22 Bhaduri S. Sharma K. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1988,  173 
• 23 Yoshinaga K. Kito T. Ohkubo K. Bull. Chem. Soc. Jpn.  1983,  56:  1786 
• 24 Zassinovich G. Mestroni G. Chem. Rev.  1992,  92:  1051 
• 25 Bianchini C. Farnetti E. Graziani M. Nardin G. Vacca A. Zanobini F. J. Am. Chem. Soc.  1990,  112:  9190 
• 26 De Martin S. Zassinovich G. Mestroni G. Inorg. Chim. Acta  1990,  174:  9 
• 27 James BB. Morris HR. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1978,  929 
• 28 Comprehensive Organic Synthesis   Vol. 8:  Trost BM. Pergamon; Oxford: 1991.  p.551-553  ; and references cited therein
• 29 Strohmeier W. Michel M. Weigelt L. Z. Naturforsch., B  1980,  35:  648 
• 31 Sakaguchi S. Yamaga T. Ishii Y. J. Org. Chem.  2001,  66:  4710 
• 32 Farnetti E. Pesce M. Kasper J. Spogliarich R. Graziani M. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1988,  947 
• 33 Farnetti E. Kasper J. Spogliarich R. Graziani M. J. Chem. Soc., Dalton Trans.  1988,  947 
• 34 Tani K. Iseki A. Yamagata T. Angew. Chem. Int. Ed.  1998,  37:  3381 
• 35 Longley RA. Emerson WS. J. Am. Chem. Soc.  1950,  72:  3079 
• 36 Cope AC. Dryden HL. Howell CF. Org. Synth., Coll. Vol. IV  1963,  816 
• 37 For example, see: Kojima K. Sawamoto M. Higashimura T. Macromolecules  1989,  22:  1552 
• 38 Reppe W. Justus Liebigs Ann. Chem.  1956,  601:  84 
• 39 Okimoto Y. Sakaguchi S. Ishii Y. J. Am. Chem. Soc.  2002,  124:  1590 
• 40 Tsuji J. Palladium Reagents and Catalysts   John Wiley & Sons; New York: 1995.  p.33-34  
• 41 Nakagawa H. Hirabayashi T. Sakaguchi S. Ishii Y.
  J. Org. Chem.  2004,  69:  3474 
• 42 Lambert TH. MacMillan DWC. J. Am. Chem. Soc.  2002,  124:  13646 
• 43 May JA. Stoltz BM. J. Am. Chem. Soc.  2002,  124:  12426 ; and references cited therein
• 44 Higashino T. Sakaguchi S. Ishii Y. Org. Lett.  2000,  2:  4193 
• 45 Motita M. Sakaguchi S. Ishii Y. J. Org. Chem.  2006,  71:  6285 
• 46 Carine D. In Carbon-Carbon Bond Formation   Vol. 1:  Augustine RL. Marcel Dekker Inc.; New York: 1989.  p.85 
• 47 Taguchi K. Nakagawa H. Hirabayashi T. Sakaguchi S. Ishii Y. J. Am. Chem. Soc.  2004,  126:  72 
• 48 Maeda K. Obora Y. Sakaguchi S. Ishii Y. Bull. Chem. Soc. Jpn.  2008,  81:  689 
• 49 Iuchi Y. Hyotanishi M. Miller BE. Maeda K. Obora Y. Ishii Y. J. Org. Chem.  2010,  75:  1803 
• 50 Perfumery Practice and Principles   Calkin RR. Jellinek JS. Wiley; New York: 1994. 
• 51 Lofberg C. Grigg R. Whittaker A. Keep A. Derrick A. J. Org. Chem.  2006,  71:  8023 
• 52 Morita M. Obora Y. Ishii Y. Chem. Commun. (Cambridge)  2007,  2850 
• 53 Naota T. Taki H. Mizuno M. Murahashi S.-I. J. Am. Chem. Soc.  1989,  111:  5954 
• 54 Murahashi S.-I. Naota T. Taki H. Mizuno M. Takaya H. Komiya S. Mizuho Y. Oyasato N. Hiraoka M. Hirano M. Fukuoka A. J. Am. Chem. Soc.  1995,  117:  12436 
• 55 Williams AS. Synthesis  1999,  1707 
• 56 Shiina I. Kubota M. Oshiumi H. Hashizume M. J. Org. Chem.  2004,  69:  1822 
• 57 Oohashi Y. Fukumoto K. Mukaiyama T. Bull. Chem. Soc. Jpn.  2005,  78:  1508 
• 58 Otera J. Yano T. Himeno Y. Nozaki H. Tetrahedron Lett.  1986,  27:  4501 
• 59 Zimmerman HE. Suryanarayan V. Eur. J. Org. Chem.  2007,  4091 
• 60 Xiang J. Toyoshima S. Orita A. Otera J. Angew. Chem. Int. Ed.  2001,  40:  3670 
• 61 Carfagna C. Musco A. Sallese G. Santi R. Fiorani T. J. Org. Chem.  1991,  56:  261 ; and references cited therein
• 62 Reetz MT. Angew. Chem. Int. Ed. Engl.  1982,  21:  96 
• 63 Nishimoto Y. Yasuda M. Baba A. Org. Lett.  2007,  9:  4931 
• 64 Iida A. Nakazawa S. Okabayashi T. Horii A. Misaki T. Tanabe Y. Org. Lett.  2006,  8:  5215 
• 65 Iuchi Y. Obora Y. Ishii Y. J. Am. Chem. Soc.  2010,  132:  2536 
• 66 Kraft P. Bajgrowicz JA. Denis C. Fráter G. Angew. Chem. Int. Ed.  2000,  39:  2980 
• 67 Abad A. Amo M. Pardo JR. Sloane E. Chem. Ind. (London)  1985,  29 
• 68 Ravi S. Padmanabhan D. Mamdapur VP. J. Indian Inst. Sci.  2001,  81:  299 
• 69 Guerbet M. C. R. Acad. Sci.  1909,  49:  129 
• 70 Matsu-ura T. Sakaguchi S. Obora Y. Ishii Y. J. Org. Chem.  2006,  71:  8306 
• 71 Cho CS. Kim BT. Kim H.-S. Kim T.-J. Shim SC. Organometallics  2003,  22:  3608 
• 72 Fujita K. Asai C. Yamaguchi T. Hanasaka F. Yamaguchi R. Org. Lett.  2005,  7:  4017 
• 73 Koda K. Matsu-ura T. Obora Y. Chem. Lett.  2009,  38:  838 
• 74 Industrial Organic Chemistry   4th ed.:  Weissermer K. Arpe H.-J. Wiley-VCH; Weinheim: 2003. 
• 75 Frohning CD. Kohlpaintner CW. Bohnen H.-W. In Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds   Vol. 1:  Cornils B. Herrman WA. Wiley-VCH; Weinheim: 2002.  p.31 
• 76 New Synthesis with Carbon Monoxide   Bahrmann H. Cornils B. Frohning CD. Mullen A. Falbe J. Springer; Berlin: 1980. 
• 77 Maitlis PM. Haynes A. In Metal-Catalysis in Industrial Organic Processes   Chiusoli GP. Maitlis PM. Royal Society of Chemistry; Cambridge: 2006.  p.114 
• 78 For example, see: Haslam E. Tetrahedron  1980,  36:  2409 
• 79 Seki T. Nakajo T. Onaka M. Chem. Lett.  2006,  35:  824 
• 80 Ooi T. Ohmatsu K. Sasaki K. Miura T. Maruoka K. Tetrahedron Lett.  2003,  44:  3191 
• 81 Gnanadesikan V. Horiuchi Y. Ohshima T. Shibasaki M. J. Am. Chem. Soc.  2004,  126:  7782 
• 82 Tamaru Y. Yamada Y. Inoue K. Yamamoto Y. Yoshida Z. J. Org. Chem.  1983,  48:  1286 
• 83 Blum Y. Reshef D. Shvo Y. Tetrahedron Lett.  1981,  22:  1541 
• 84 Murahashi S.-I. Naota T. Ito K. Maeda Y. Taki H. J. Org. Chem.  1987,  52:  4319 
• 85 Murahashi S.-I. Ito K. Naota T. Maeda Y. Tetrahedron Lett.  1981,  22:  5327 
• 86 Cho CS. Kim BT. Kim T.-J. Shim SC. Tetrahedron Lett.  2002,  43:  7987 
• 87 Suzuki T. Matsuo T. Watanabe K. Katoh T. Synlett  2005,  1453 
• 88 Owston NA. Nixon TD. Parker AJ. Whittlesey MJ. Williams JMJ. Synthesis  2009,  1578 
• 89 Izumi A. Obora Y. Sakaguchi S. Ishii Y. Tetrahedron Lett.  2006,  47:  9199 
• 90 Morita K. Nishiyama Y. Ishii Y. Organometallics  1993,  12:  3748 
• 91 Yamamoto N. Obora Y. Ishii Y. Chem. Lett.  2009,  38:  1106 
• 92 Sundberg RJ. In Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology   Vol. 14:  Kroschwitz JI. Howe-Grand M. Wiley; New York: 1995. 
• 93 Hsiao Y. Rivera NR. Yasuda N. Hughes DL. Reider PJ. Org. Lett.  2001,  3:  1101 
• 94 Yadav JS. Reddy BVS. Premalatha K. Synlett  2004,  963 
• 95 Cho CS. Kim BT. Kim T.-J. Shim SC. Chem. Commun. (Cambridge)  2001,  2576 
• 96 Cho CS. Kim BT. Choi H.-J. Kim T.-J. Shim SC. Tetrahedron  2003,  59:  7997 
• 97 Motokura K. Mizugaki T. Ebitani K. Kaneda K. Tetrahedron Lett.  2004,  45:  6029 
• 98 Taguchi K. Sakaguchi S. Ishii Y. Tetrahedron Lett.  2005,  46:  4539 
• 99 Tsuji Y. Huh K.-T. Watanabe Y. Tetrahedron Lett.  1986,  27:  377 
• 100 Tsuji Y. Huh K.-T. Watanabe Y. J. Org. Chem.  1987,  52:  1673 
• 101 Aramoto H. Obora Y. Ishii Y. J. Org. Chem.  2009,  74:  628 
• 102 For a review, see: Alonso F. Beletskaya IP. Yus M. Chem. Rev.  2004,  104:  3079 
• 103 Hirabayashi T. Okimoto Y. Saito A. Morita M. Sakaguchi S. Ishii Y. Tetrahedron  2006,  62:  2231 
• 104 Patman RL. Williams VM. Bower JF. Krische MJ. Angew. Chem. Int. Ed.  2008,  47:  5220 
• 105 Kim IS. Ngai M.-Y. Krische MJ. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  6340 
• 106 Shibahara F. Bower JF. Krische MJ. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  14120 
• 107 Kim IS. Ngai M.-Y. Krische MJ. J. Am. Chem. Soc.  2008,  131:  2514 
• 108 Kim IS. Ngai M.-Y. Krische MJ. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  14891 
• 109 Patman RL. Chaulagain MR. Williams VM. Krische MJ. J. Am. Chem. Soc.  2009,  131:  2066 
• 110 Obora Y. Hatanaka S. Ishii Y. Org. Lett.  2009,  11:  3510 
• 111 Esteruelas MA. Hernandez YA. López AM. Oliván M. Oñate E. Organometallics  2007,  26:  2193 
• 112 Hatanaka S. Obora Y. Ishii Y. Chem. Eur. J.  2010,  16:  1883 
• 113 Fu GC. Tanaka K. J. Am. Chem. Soc.  2001,  123:  11492 
• 114 Fu GC. Tanaka K. Angew. Chem. Int. Ed.  2002,  41:  1607 
• 115 Tanaka K. Fu GC. J. Am. Chem. Soc.  2002,  124:  10296 
• 116 Tanaka K. Fu GC. J. Am. Chem. Soc.  2003,  125:  8078 
• 117 Takeishi K. Sugishima K. Sasaki K. Tanaka K. Chem. Eur. J.  2004,  10:  5681 
• 118 Tanaka K. Sasaki K. Takeishi K. Hirano M. Eur. J. Org. Chem.  2007,  5675 
• 119 Kokubo K. Matsumasa K. Miura M. Nomura M. J. Org. Chem.  1997,  62:  4564 
• 120 Jun C.-H. Lee H. Hong J.-B. Kwon B.-I. Angew. Chem. Int. Ed.  2002,  41:  2146 
• 121 Willis MC. Randell-Sly HE. Woodward RL. Currie GS. Org. Lett.  2005,  7:  2249 
• 122 Moxham GL. Randell-Sly HE. Brayshaw SK. Woodward RL. Weller AS. Willis MC. Angew. Chem. Int. Ed.  2006,  45:  7618 
• 123 Willis MC. Randell-Sly HE. Woodward RL. McNally SJ. Currie GS. J. Org. Chem.  2006,  71:  5291 
• 124 Moxham GL. Randell-Sly HE. Brayshaw SK. Weller AS. Willis MC. Chem. Eur. J.  2008,  14:  8383 
• 125 Tsuda T. Kiyoi T. Saegusa T. J. Org. Chem.  1990,  55:  2554 
• 126 Williams VM. Leung JC. Patman RL. Krische MJ. Tetrahedron  2009,  65:  5024 

30

See also ref. 24 and references cited therein