Advances and Adventures in Amination Reactions of Olefins and Alkynes

Abstract

Recent developments in the area of transition metal-catalyzed amination of olefins and alkynes are reviewed. Special emphasis is given to rhodium-catalyzed oxidative aminations of aromatic olefins.

• 1 General

• 1.1 Background

• 1.1.1 The Fundamental Chemistry

• 1.1.2 Catalytic Amination: General Features

• 1.1.2.1 Late Transition Metal-catalyzed Oxidative Amination

• 1.1.2.2 Transition Metal-catalyzed Hydroamination

• 1.2 Challenges and Motivation

• 2 Studies at our Laboratory

• 2.1 Transition Metal-catalyzed Amination of Olefins

• 2.1.1 Intermolecular anti-Markovnikov Amination of
  non-Activated Aryl Olefins

• 2.1.2 Intermolecular anti-Markovnikov Amination of 2-Vinyl­py ridine

• 2.1.3 Reaction Mechanism and Catalytic Cycle

• 2.1.4 Other Synthetic Applications

• 2.1.4.1 Amination of Styrenes with Primary Amines (Anilines) to Form Quinolines

• 2.1.4.2 Amination of Norbornadiene with Secondary Amines

• 2.2 Amination of Alkynes

• 3 Conclusions

Key words

aminations - amines - homogeneous catalysis - olefins - alkynes

References

• For general references see:
• 1a March J. Advanced Organic Chemistry   4th Ed.:  Wiley; New York: 1992.  p.768 ; and references therein
• 1b Collman JP. Trost BM. Veroeven TR. In Comprehensive Organometallic Chemistry   Vol. 8:  Wilkinson G. Stone FGA. Pergamon Press; Oxford: 1982.  p.892 ; and references therein
• 1c Gibson MS. In The Chemistry of Amino Group   Patai S. Interscience; New York: 1968.  p.61 
• 2a Hartwig JF. Synlett  1997,  329 
• 2b Roundhill DM. Chem. Rev.  1992,  92:  1 
• For leading reviews see:
• 3a Müller TE. Beller M. Chem. Rev.  1998,  98:  675 
• 3b Müller TE. Beller M. In Transition Metals for Organic Synthesis   Vol. 2:  Beller M. Bolm C. Wiley-VCH; Weinheim: 1998.  p.316 
• 3c Haak E. Doye S. Chem. Unserer Zeit  1999,  33:  296 
• 3d Brunet JJ. Neibecker D. Niedercorn F. J. Mol. Catal.  1989,  49:  235 
• 4 Steinborn D. Taube R. Z. Chem.  1986,  26:  349 
• 5 Taube R. In Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds   Vol. 1:  Cornils B. Herrmann WA. Wiley-VCH; Weinheim: 1998.  p.507 
• 6a Bozel JJ. Hegedus LS. J. Org. Chem.  1981,  46:  2561 
• 6b Suminov SI. Kost AN. Russ. Chem. Rev.  1969,  38:  884 
• 6c Larock RC. Leong WW. Comprehensive Organic Synthesis   Vol. 4:  Trost BM. Fleming I. Pergamon; Oxord: 1991.  p.269 
• 6d Jung ME. Comprehensive Organic Synthesis   Vol. 4:  Trost BM. Fleming I. Pergamon; Oxord: 1991.  p.1 
• 7a Howk BW. Little EL. Scott SL. Whitman GM. J. Am. Chem. Soc.  1954,  76:  1899 
• 7b Wollensak J. Closson RD. Org. Synth.  1963,  43:  45 
• 7c Pez GP. Galle JE. Pure. Appl. Chem.  1985,  57:  1917 
• 7d Steinborn D. Thies B. Wagner I. Taube R. Z. Chem.  1989,  29:  333 
• 7e Beller M. Breindl C. Tetrahedron  1998,  54:  6359 
• 7f Beller M. Breindl C. Riermeier TH. Eichberger M. Trauthwein H. Angew. Chem. Int. Ed.  1998,  37:  3389 ; Angew. Chem. 1998, 110, 3571
• 7g Hartung CG. Breindl C. Tillack A. Beller M. Tetrahedron  2000,  56:  5175 
• 7h Beller M. Breindl C. Chemosphere  2001,  43:  21 
• 8a McGrane PL. Livinghouse T. J. Am. Chem. Soc.  1993,  115:  11485 
• 8b McGrane PL. Livinghouse T. J. Org. Chem.  1992,  57:  1323 
• 8c McGrane PL. Jensen M. Livinghouse T. J. Am. Chem. Soc.  1992,  114:  5459 
• 8d Walsh PJ. Baranger AM. Bergman RG. J. Am. Chem. Soc.  1992,  114:  1708 
• 8e Baranger AM. Walsh PJ. Bergman RG. J. Am. Chem. Soc.  1993,  115:  2753 
• 9a Haak E. Bytschkov I. Doye S. Angew. Chem. Int. Ed.  1999,  38:  3389 ; Angew. Chem. 1999, 111: 3584
• 9b Haak E. Siebeneicher H. Doye S. Org. Lett.  2000,  2:  1935 
• 10a Brunet JJ. Gazz. Chim. Ital.  1997,  127:  111 
• 10b Beller M. Eichberger M. Trauthwein H. In Catalysis of Organic Reactions   Herkes FE. Marcel Dekker Inc.; New York: 1998.  p.319 
• 10c Schaffrath H. Keim W. J. Mol. Catal. A: Chem.  2001,  168:  9 
• 11a Li Y. Marks TJ. J. Am. Chem. Soc.  1998,  120:  1757 
• 11b Eisen MS. Straub T. Haskel A. J. Alloys. Compd.  1998,  271:  116 
• 11c Haskel A. Straub T. Eisen MS. Organometallics  1996,  15:  3773 
• 11d Li Y. Marks TJ. J. Am. Chem. Soc.  1996,  118:  9295 
• 11e Li Y. Marks TJ. J. Am. Chem. Soc.  1996,  118:  707 
• 11f Li Y. Marks TJ. Organometallics  1996,  15:  3770 
• 11g Eliel EL. Wilen SH. Mander LN. Stereochemistry of Organic Compounds   Wiley; New York: 1994.  p.682 
• 11h Giardell MA. Conticello VP. Brard L. Gagné MR. Marks TJ. J. Am. Chem. Soc.  1994,  116:  10241 
• 11i Giardell MA. Conticello VP. Brard L. Sabat M. Rheingold AL. Stern CL. Marks TJ. J. Am. Chem. Soc.  1994,  116:  10212 
• 11j Li Y. Fu PF. Marks TJ. Organometallics  1994,  13:  439 
• 11k Gagné MR. Stern CL. Marks TJ. J. Am. Chem. Soc.  1992,  114:  275 
• 11l Gagné MR. Stern CL. Gagné MR. Nolan SP. Marks TJ. Organometallics  1990,  9:  1716 
• 11m Gagné MR. Marks TJ. J. Am. Chem. Soc.   1989,  111 :  4108 
• 12a Hegedus LS. Akermark B. Zetterberg K. Olsson LF. J. Am. Chem. Soc.  1984,  106:  7122 
• 12b Hegedus LS. Angew. Chem., Int. Ed. Engl.  1988,  27:  1113 ; Angew. Chem. 1988, 100, 1147
• 12c Hegedus LS. Norton JR. Finke RG. Principles and Applications of Organotransition Metal Chemistry   Vol. 74:  University Sciences Books; Mill Valley: 1987.  p.409 
• 12d Hegedus LS. Norton JR. Finke RG. Principles and Applications of Organotransition Metal Chemistry   Vol 17:  University Sciences Books; Mill Valley: 1987.  p.825 
• 12e Eisenstein O. Hoffmann R. J. Am. Chem. Soc.  1981,  103:  4308 
• 12f Selington AL. Trogler WC. Organometallics  1993,  12:  744 
• 13 Hegedus LS. Comprehensive Organic Synthesis   Vol. 4:  Trost BM. Fleming I. Pergamon; Oxford: 1991.  p.551 
• 14a Selington AL. Cowan RL. Trogler WC. Inorg. Chem.  1991,  30:  3371 
• 14b Driver MS. Hartwig JF. J. Am. Chem. Soc.  1996,  118:  4206 
• 14c Fryzuk MD. Montgomery CD. Coord. Chem. Rev.  1989,  95:  1 
• 15 Casalnuovo AL. Calabrese JC. Milstein D. Inorg. Chem.  1987,  26:  971 
• 16 Schulz M. Milstein D. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1993,  318 
• 17a Cowan RL. Trogler WC. J. Am. Chem. Soc.  1989,  111:  4750 
• 17b Diversi P. Ermini L. Ingrosso G. Lucherni A. Pinzino C. Sagramora L. J. Organomet. Chem.  1995,  494:  C1 
• 18a Stern EW. Spector ML. Proc. Chem. Soc. London  1961,  370 
• 18b Akermark B. Bäckvall JE. Hegedus LS. Zetterberg K. Siirala-Hansén K. Sjöberg K. J. Organomet. Chem.  1974,  72:  127 
• 18c Panunzi A. De Renzi A. Paiaro G. J. Am. Chem. Soc.  1970,  92:  3488 
• 18d Hirai H. Sawai H. Makishima S. Bull. Chem. Soc. Jpn.  1970,  43:  1148 
• 19a Tsuji J. Palladium Reagents and Catalysts Innovations in Organic Synthesis   Wiley & Sons; Chichester: 1995. 
• 19b Heck RF. Palladium Reagents in Organic Synthesis   Academic Press; New York: 1985. 
• 20a Hegedus LS. Allen GF. Waterman EL. J. Am. Chem. Soc.  1976,  98:  2674 
• 20b Hegedus LS. Allen GF. Bozell JJ. Waterman EL. J. Am. Chem. Soc.  1978,  100:  5800 
• 21 Hegedus LS. McKearin JM. J. Am. Chem. Soc.  1982,  104:  2444 
• 22 Larock RC. Hightower TR. Hasvold LA. Peterson KP. J. Org. Chem.  1996,  61:  3584 
• 23 Hosokawa T. Takano M. Kuroki Y. Murahashi S. Tetrahedron Lett.  1992,  33:  6643 
• 24 Brunet JJ. Neibecker D. Philippot K. Tetrahedron Lett.  1994,  34:  3877 
• 25 Campi EM. Jackson WR. J. Organomet. Chem.  1996,  523:  205 
• 26 Utimoto K. Pure Appl. Chem.  1983,  55:  1845 
• 27 Fukuda Y. Utimoto K. Nozaki H. Heterocycles  1987,  25:  297 
• 28 Lathbury D. Gallagher T. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1986,  114 
• 29a Müller TE. Pleier A.-K. J. Chem. Soc., Dalton. Trans.  1999,  583 
• 29b Müller TE. Grosche M. Herdtweck E. Pleier A.-K. Walter E. Yan YK. Organometallics  2000,  19:  170 
• 30 Burling S. Field LD. Messerle BA. Organometallics  2000,  19:  87 
• 31 Kondo T. Okada T. Suzuki T. Mitsudo T. J. Organomet. Chem.  2001,  622:  149 
• 32a Ambüehl J. Pregosin PS. Venanzi LM. Ugetto G. Zambonelli L. Angew. Chem., Int. Ed. Engl.  1975,  14:  369 ; Angew. Chem. 1975, 87, 380
• 32b Ambüehl J. Pregosin PS. Venanzi LM. Consiglio G. Bachechi F. Zambonelli L. J. Organomet. Chem.  1979,  181:  255 
• 33 Vogels CM. Hayes PG. Shaver M. Westcott SA. Chem. Commun.  2000,  51 
• 34a Barluenga J. Aznar F. Synthesis  1975,  704 
• 34b Barluenga J. Aznar F. Synthesis  1977,  195 
• 34c Barluenga J. Aznar F. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1  1980,  2732 
• 35 Kadota I. Shibuya A. Lutete LM. Yamamoto Y. J. Org. Chem.  1999,  64:  4570 
• 36 Tokunaga M. Eckert M. Wakatsuki Y. Angew. Chem. Int. Ed.  1999,  38:  3222 ; Angew. Chem. 1999, 111, 3417
• 37 Uchimaru Y. Chem. Commun.  1999,  1133 
• 38 Al-Masum M. Meguro M. Yamamoto Y. Tetrahedron Lett.  1997,  38:  6071 
• 39 Coulson DR. Tetrahedron Lett.  1971,  12:  429 
• 40 Brunet JJ. Commenges G. Neibecker D. Philippot K. J. Organomet. Chem.  1994,  469:  221 
• 41 Casalnuovo AL. Calabrese JC. Milstein D. J. Am. Chem. Soc.  1988,  110:  6738 
• 42 Dorta R. Egli P. Zürcher F. Togni A. J. Am. Chem. Soc.  1997,  119:  10857 
• 43 Togni A. Bieler N. Burckhardt U. Köllner C. Pioda G. Schneider R. Schnyder A. Pure Appl. Chem.  1999,  71:  1531 
• 44 Kawatsura M. Hartwig JF. J. Am. Chem. Soc.  2000,  122:  9546 
• 45 Löber O. Kawatsura M. Hartwig JF. J. Am. Chem. Soc.  2001,  123:  4366 
• 46 Kawatsura M. Hartwig JF. Organometallics  2001,  20:  1960 
• 47 Beller M. Eichberger M. Trauthwein H. Angew. Chem., Int. Ed. Engl.  1997,  36:  2225 ; Angew. Chem. 1997, 109, 2306
• 48 Beller M. Trauthwein H. Eichberger M. Breindl C. Müller TE. Zapf A. J. Organomet. Chem.  1998,  566:  277 
• 49 Beller M. Trauthwein H. Eichberger M. Breindl C. Herwig J. Müller TE. Thiel OR. Chem.-Eur. J.  1999,  5:  1306 
• 50 Senn HM. Blöchl PE. Togni A. J. Am. Chem. Soc.  2000,  122:  4098 
• 51 Tillack A. Trauthwein H. Hartung CG. Eichberger M. Pitter S. Jansen A. Beller M. Monatsh. Chem.  2000,  131:  1327 
• 52 Beller M. Trauthwein H. Eichberger M. Breindl C. Müller TE. Eur. J. Inorg. Chem.  1999,  1121 
• 53a Xiao D. Zhang X. Angew. Chem. Int. Ed.  2001,  40:  3425 ; Angew. Chem. 2001, 113, 3533
• 53b Herrera V. Munoz B. Landaeta V. Canudas N. J. Mol. Catal. A: Chem.  2001,  174:  141 
• 54 Beller M. Thiel OR. Trauthwein H. Hartung CG. Chem.-Eur. J.  2000,  6:  2513 
• 55 Trauthwein H. Tillack A. Beller M. Chem. Commun.  1999,  2029 
• 56a Schmerling L. Luvisi JP. Welak RW. J. Am. Chem. Soc.  1956,  78:  2819 
• 56b Kiji J. Nishimura S. Yoshikawa S. Sasakawa E. Furukawa J. Bull. Chem. Soc. Jpn.  1974,  47:  2523 
• 57 Pedley JB. Naylor RD. Kirby SP. Thermochemical Data of Organic Compounds   Appendix:  Chapman and Hall; London: 1986.  p.Tables 1 and 3 
• 58 Hartung CG. Tillack A. Trauthwein H. Beller M. J. Org. Chem.  2001,  66:  6339 
• 59 Haggin J. Chem. Eng. News  1993,  17:  23 
• 60 Tillack A. Rudloff I. Beller M. Eur. J. Org. Chem.  2001,  523 
• 61 Beller M. Thiel OR. Trauthwein H. Synlett  1999,  243