Synthetic Organic Transformations of Transition Metal Nanoparticles as Propitious Catalysts: a thumbnail†

3.9.  Pd  NPs  catalyzed  ultrafast  cross  coupling  of 

alkyl and aryl lithium reagents  

Feringa  group  reports  the  discovery  of  ultrafast  cross-

coupling of alkyl and aryllithium reagent  with aryl bromides 

64

  in  the  presence  of  molecular  oxygen  and  palladium  NPs 

(Scheme 30).

[27]

 The reaction completed in 5 s to 5 min with 

high  selectivity  for  range  of  heterocycles  and  functional 

groups.  Later  the  reaction  was  applied  to  the  synthesis  of 

[

11

C]-labelled PET tracer celecoxib 

66

.   

Scheme  30.  Cross-coupling  of  arylbromides  with  alkyl  and 

aryl lithium reagents  

10.1002/ajoc.202000379

Accepted 

Manuscript

Asian Journal Of Organic Chemistry

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The  optimization  studies  using  Pd(P

t

Bu

3

)

2

  catalyst  suggested 

that even at 0.025 mol% the reaction completed in 30 minutes 

at  room  temperature  when  1-bromonaphthalene  was 

employed as the coupling partner. The critical role of oxygen 

was  observed,  the  reaction  turned  red  upon  purging  with 

oxygen,  suggesting  that  Pd-phosphine  converted  into  active 

catalyst  similar  to  the  many  d

10

  metal  η

2

-peroxo  type 

complexes.  The  reaction  was  not  catalytic  under  the  same 

condition in presence of Pd(PCy

3

)

2

 and Pd(PPh

3

)

2

. It appeared 

based  on  extensive  NMR  and  other  experiments  that  lithium 

reagent  promotes  the  reduction  from  Pd

I

  to  Pd

0

  and  the 

formation  of  both  Pd(P

t

Bu

3

)

2

  and  apparently  ligand-free  Pd

0

 

presumably  playing  active  role  in  the  catalytic  cycle.  TEM 

measurements  after  addition  of  organo  lithium  led  to 

formation of 2-3 nm particles of Pd and EDX analysis showed 

increase  in  the  Pd/P  ration  with  respect  to  catalytically 

inactive  complexes.  The  catalyst  activation  pathway  is 

illustrated in scheme 31. Pd NPs are known to form from Pd

II

 

sources  under  reductive  conditions.  O

2

  reacts  first  with  the 

Pd

0

 complex, thereby oxiding it to C1ox, which is then in-situ 

reduced  to  highly  Pd

0

  NPs  by  means  of  organolithium 

reagent,  either  directly  (b)  or 

via

  C

2

/C

2

ox

.  The  difference  in 

this  scheme  is  the  generation  of  numerous  small  (2-3  nm) 

palladium  nanoparticles  that  results  in  ultrafast  cross-

coupling.  

Scheme  31.  Proposed  catalytic  activation  pathway  and  the 

synthesis of radiolabelled celecoxib