Photoredox Iridium–Nickel Dual-Catalyzed Decarboxylative Arylation Cross-Coupling: From Batch to Continuous Flow via Self-Optimizing Segmented Flow Reactor

Abstract

Photoredox decarboxylative cross-coupling via iridium−nickel dual catalysis has emerged as a valuable method for C(sp 2 )−C(sp 3 ) bond formation. Herein we describe the application of a segmented flow ("microslug") reactor equipped with a newly designed photochemistry module for material-efficient reaction screening and optimization. Through the deployment of a self-optimizing algorithm, optimal flow conditions for the model reaction were rapidly developed, simultaneously accounting for the effects of continuous variables (temperature and time) and discrete variables (base and catalyst). Temperature was found to be a critical parameter with regard to reaction rates and hence productivity in subsequent scale-up in flow. The optimized conditions identified at microscale were found to directly transfer to a Vapourtec UV-150 continuous flow photoreactor, enabling predictable scaleup operation at a scale of hundreds of milligrams per hour. This optimization approach was then expanded to other halide coupling partners that were low-yielding in batch reactions, highlighting the practical application of this optimization platform in the development of conditions for photochemical synthesis in continuous flow.

Alkyl Carbon–Carbon Bond Formation by Nickel/Photoredox Cross‐Coupling

“…[40] The oxalic acid redox handle functions analogously to carboxylic acids.After deprotonation and single-electron oxidation, two successive decarboxylations occur to form an alkyl radical that is engaged in cross-coupling.M ore recently,i nnovative approaches to engage alkyl carboxylic acids in Ni/photoredox cross-coupling have been developed, including those that use flow chemistry. [41] Scheme 1. Cross-couplingoftertiary alkyl fragments.…”

Alkyl‐C‐C‐Bindungsbildung durch Nickel/Photoredox‐Kreuzkupplung

“…Kürzlich wurden innovative Ansätze zur Verwendung von Alkylcarbonsäuren in der Ni/ Photoredox-Kreuzkupplung entwickelt, einschließlich solcher,i ndenen Strçmungschemie genutzt wird. [41] Tabelle 1: Duale Alkyl-Aryl-Kreuzkupplungenunter Verwendung von Alkyltrifluorboraten. Pin = 2,3-Dimethylbutan-2,3-diol;B oc = tert-Butyloxycarbonyl.…”

Photoredoxkatalyse als Strategie zur synthetischen Nutzung von CO2: Direkter Zugang zu Carbonsäuren aus einem erneuerbaren Rohstoff

“…In der Tatk onnten frühe photochemische Experimente zeigen, dass p-Terphenyl in Gegenwart von Triethylamin in der Lage ist, die Reduktion von CO 2 zu Ameisensäure zu vermitteln. [28] Der Reaktionsmechanismus beinhaltet vermutlich eine durch den Photokatalysator vermittelte Einelektronenoxidation des tertiären Amins und eine Deprotonierung/einen Spin-Center-Shift gefolgt von einer Radikalrekombination mit CO 2 C À (Abbildung 20). [13] Auch hierbei konnten durch Kombination eines Zustroms von CO 2 und eines Zustroms aus Photokatalysator und tertiärem Amin in einem T-Mischer bei Bestrahlung mit einer UV-Quelle mit einem Langpassfilter (l > 280 nm) und in Gegenwart eines Überschusses an Kaliumtrifluoracetat (K-TFA) erfolgreich Aminosäuren in racemischer Form hergestellt werden.…”

“…Im Allgemeinen weist diejenige C-H-Bindung, welche carboxyliert wird, auch die geringste Bindungsdissoziationsenthalpie auf.E ine Vielzahl funktioneller Gruppen und Aminstrukturen liefern die gewünschten Carboxylierungsprodukte.I nm ancher Hinsicht stellt diese Umsetzung die mikroskopische Umkehrung der heute weit verbreiteten photoredoxvermittelten decarboxylierenden C-C-Bindungsbildung dar. [28] Der Reaktionsmechanismus beinhaltet vermutlich eine durch den Photokatalysator vermittelte Einelektronenoxidation des tertiären Amins und eine Deprotonierung/einen Spin-Center-Shift gefolgt von einer Radikalrekombination mit CO 2 C À (Abbildung 20). [13] Stern-Volmer-Plots bestätigten Abbildung 18.…”