Synthesis of anti-2,7-Disubstituted Norbornadienes

Abstract

Synthesis of a variety of anti-2,7-disubstituted norbornadienes was achieved by palladium- and iron-catalyzed cross-coupling­ reactions of the anti-tert-butoxynorbornadien-2-yl triflate. While the palladium-catalyzed coupling reactions could only generate coupling products with aryl and alkynyl groups, the iron-catalyzed coupling reactions have a much broader scope and provide efficient synthesis of anti-2,7-disubstituted norbornadienes with attached primary, secondary and tertiary alkyl groups, cycloalkyl groups with various ring sizes, as well as vinyl, aryl and alkynyl groups.

Key words

bicyclic compounds - cross-coupling - catalysis - palladium - iron

References

• 1a

  Julius Hyman & Co.; Belgian Patent; 498, 176, 1951.

• 1b Lautens M. Tam W. Advances in Metal-Organic Chemistry   Vol. 6:  JAI Press; New York: 1998.  p.49 
• 2 Houk KN. Domelsmith LN. Mollerer PD. Hahn RC. Johnson RP. J. Am. Chem. Soc.  1978,  100:  2959 
• 3 Khoury PR. Goddard JD. Tam W. Tetrahedron  2004,  60:  8103 
• 4 Corey EJ. Shibasaki M. Nicolaou KC. Malmsten CL. Samuelsson B. Tetrahedron Lett.  1976,  17:  737 
• 5 Lee M. Ikeda I. Kawabe T. Mori S. Kanematsu K. J. Org. Chem.  1996,  61:  3406 
• 6a Sato K. Miyamoto O. Inoue S. Honda K. Chem. Lett.  1981,  10:  1183 
• 6b Monti H. Corriol C. Bertrand M. Tetrahedron Lett.  1982,  23:  5539 
• 7a Hayashi T. Ueyama K. Tokunaga N. Yoshida K. J. Am. Chem. Soc.  2003,  125:  11508 
• 7b Shintani R. Ueyama K. Yamada I. Hayashi T. Org. Lett.  2004,  6:  3425 
• 7c Shintani R. Okamoto K. Otomaru Y. Ueyama K. Hayashi T. J. Am. Chem. Soc.  2005,  127:  54 
• For reviews, see:
• 8a Bren VA. Dubonosov AD. Minkin VI. Chernoivanov VA. Russ. Chem. Rev.  1991,  60:  913 
• 8b Dubonosov AD. Bren VA. Chernoivanov VA. Russ. Chem. Rev.  2002,  71:  917 
• 9a Hirao K. Ando A. Hamada T. Yonemitsu O. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1984,  300 
• 9b Bonfantini EE. Officer DL. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1994,  1445 
• 9c Maafi M. Lion C. Aaron JJ. New J. Chem.  1996,  20:  559 
• 9d Franceschi F. Guardigli M. Solari E. Floriani C. Chiesi-Villa A. Rizzoli C. Inorg. Chem.  1997,  36:  4099 
• 9e Ikeda A. Tsubata A. Kameyama A. Nishikubo T. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem.  1999,  37:  917 
• 10a Nishikubo T. Shimokawa T. Sahara A. Macromolecules  1989,  22:  8 
• 10b Kinoshita K. Horie K. Morino S. Nishikudo T. Appl. Phys. Lett.  1997,  70:  2940 
• 10c Takahashi S. Samata K. Mura H. Machida S. Horie K. Appl. Phys. Lett.  2001,  78:  13 
• 11 Kato Y. Muta H. Takahashi S. Horie K. Nagai T. Polym. J.  2001,  33:  868 
• 12 Winkler T. Dix I. Jones PG. Herges R. Angew. Chem. Int. Ed.  2003,  42:  3541 
• For synthesis of 7-substituted norbornadienes 2, see:
• 13a Story PR. Fahrenholtz SR. J. Org. Chem.  1963,  28:  1716 
• 13b Clarke SC. Johnson BL. Tetrahedron  1968,  24:  5067 
• 13c Story PR. Fahrenholtz SR. Org. Synth.  1973,  151 
• 13d Baxter AD. Binus F. Javed T. Roberts SM. Dalder P. Scheinmann F. Wakefield BJ. Lynch M. Newton RF. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1  1986,  5067 
• For synthesis of 2-substituted and 2,3-disubstituted norbornadienes by Diels-Alder reactions between cyclopentadiene and an alkyne, see:
• 14a Trost BM. Fleming I. Paquette LA. In Comprehensive Organic Synthesis   Vol. 5:  Pergamon; Oxford: 1991.  Chap. 4.1.
• 14b Ishihara K. Kondo S. Kurihara H. Yamamoto H. J. Org. Chem.  1997,  62:  3026 ; and references cited therein
• 14c Corey EJ. Lee TW. Tetrahedron Lett.  1997,  38:  5755 ; and references cited therein
• For synthesis of 2-substituted and 2,3-disubstituted norbornadienes by deprotonation of norbornadiene, see:
• 15a Stäble M. Lehmann R. Kramař J. Schlosser M. Chimia  1985,  39:  229 
• 15b Verkruijsse HD. Brandsma L. Recl. Trav. Chim. Pays-Bas  1986,  105:  66 
• 15c Kenndoff J. Polborn K. Szeimies G. J. Am. Chem. Soc.  1990,  112:  6117 
• 15d Tranmer GK. Yip C. Handerson S. Jordan RW. Tam W. Can. J. Chem.  2000,  78:  527 
• 16 Tranmer GK. Tam W. Synthesis  2002,  1675 
• 17 Yoo W.-J. Tsui GC. Tam W. Eur. J. Org. Chem.  2005,  1044 
• 18a Ciganek E. Org. React.  1984,  32:  1 
• 18b The Diels-Alder Reaction   Fringuelli F. Taticchi A. John Wiley & Sons; West Sussex: 2002. 
• 19 Edwards LE. Ph.D. Thesis   University of Toronto; Canada: 1992. 
• For reviews of the Shapiro reaction, see:
• 20a Shapiro RH. Org. React.  1976,  23:  405 
• 20b Adlington RM. Barrett AGM. Acc. Chem. Res.  1983,  16:  55 
• 20c Chamberlin AR. Bloom SH. Org. React.  1990,  39:  1 
• For reviews of the Pd-catalyzed Suzuki coupling reactions, see:
• 21a Miyaura N. Suzuki A. Chem. Rev.  1995,  95:  2457 
• 21b Suzuki A. In Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions   Chap. 2:  Diederich F. Stang PJ. Wiley-VCH, Weinheim; Germany: 1998. 
• 21c Suzuki A. J. Organomet. Chem.  1999,  576:  147 
• 21d Miyaura N. Top. Curr. Chem.  2002,  219:  11 
• 21e Miura M. Angew Chem. Int. Ed.  2004,  43:  2201 
• For reviews on Sonogashira coupling, see:
• 22a Sonogsahira K. In Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions   Diederich F. Stang PJ. Wiley-VCH; London: 1998.  p.203 
• 22b Sonogsahira K. In Comprehensive Organic Synthesis   Vol. 3:  Trost BM. Fleming I. Pergamon Press; New York: 1991.  p.521 
• For early work on Fe-catalyzed alkenylations, see:
• 23a Kharasch MS. Fuchs CF. J. Org. Chem.  1945,  10:  292 
• 23b Kharasch MS. Lambert FL. Urry WH. J. Org. Chem.  1945,  10:  298 
• 23c Tamura M. Kochi JK. J. Am. Chem. Soc.  1971,  93:  1487 
• 23d Neumann SM. Kochi JK. J. Org. Chem.  1975,  40:  599 
• For selected recent examples of Fe-catalyzed alkenylations, see:
• 24a Molander GA. Rahn BJ. Shubert DC. Bonde SE. Tetrahedron Lett.  1983,  24:  5449 
• 24b Cahiez G. Avedissian H. Synthesis  1998,  1199 
• 24c Bogdanovic B. Schwickardi M. Angew. Chem. Int. Ed.  2000,  39:  4610 
• 24d Dohle W. Kopp F. Cahiez G. Knochel P. Synlett  2001,  1901 
• 24e Fürstner A. Leitner A. Mendez M. Krause H. J. Am. Chem. Soc.  2002,  124:  13856 
• 24f Scheiper B. Bonnekessel M. Krause H. Fürstner A. J. Org. Chem.  2004,  69:  3943 
• 24g Martin R. Fürstner A. Angew. Chem. Int. Ed.  2004,  43:  3955 
• 24h Fürstner A. Martin R. Chem. Lett.  2005,  34:  624 
• 24i Ottesen LK. Ek F. Olsson R. Org. Lett.  2006,  8:  1771 
• 24j Xu X. Cheng D. Pei W. J. Org. Chem.  2006,  71:  6637 
• 24k Fürstner A. Krause H. Lehmann CW. Angew. Chem. Int. Ed.  2006,  45:  440 
• 24l Cahiez G. Habiak V. Duplais C. Moyeux A. Angew. Chem. Int. Ed.  2007,  46:  4364 
• 24m Guerinot A. Reymond S. Cossy J. Angew. Chem. Int. Ed.  2007,  46:  6521 
• 24n Chowdhury RR. Crane AK. Fowler C. Kwong P. Kozak CM. Chem. Commun.  2008,  94 
• 24o Fürstner A. Majima K. Martin R. Krause H. Kattnig E. Goddard R. Lehmann CW. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  1992 
• 25 Fürstner A. Leitner A. Angew. Chem. Int. Ed.  2003,  42:  308 
• 26 Fürstner A. De Souza D. Parra-Rapado L. Jensen J. Angew. Chem. Int. Ed.  2003,  42:  5358 
• 27 Seidel G. Laurich D. Fürstner A. J. Org. Chem.  2004,  69:  3950 
• 28 Neumann SM. Kochi JK. J. Org. Chem.  1975,  40:  599 
• 29 Still WC. Kahn M. Mitra A. J. Org. Chem.  1978,  43:  2923 
• 30 Krasovskiy A. Knochel P. Synthesis  2006,  890