Top Organomet Chem (2016) 56: 47–66
DOI: 10.1007/3418_2015_116
# Springer International Publishing Switzerland 2015
Published online: 10 June 2015
Copper-Mediated Intermolecular C–H/C–H
and C–H/N–H Couplings via Aromatic C–H
Cleavage
Koji Hirano and Masahiro Miura
Abstract Copper salts and complexes have recently received significant attention as
less expensive and abundant alternatives to some noble transition metal catalysts such as
palladium, rhodium, and ruthenium, in the research field of C–H activation. They not
only replace the above precious metal catalysts in the known C–H transformations but
also mediate unique, otherwise challenging, cross-coupling reactions involving C–H
bond cleavage. This chapter mainly focuses on recent advances in the copper-mediated or
copper-catalyzed intermolecular C–H/C–H and C–H/N–H aromatic couplings. Seminal
mechanistic studies on the copper-mediated C–H functionalization are also discussed.
Keywords Aromatic compounds Á C–C formation Á C–N formation Á Copper Á
Dehydrogenative coupling
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2 C–H/C–H Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 48
2.1 Alkynylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2 Arylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3 Alkylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3 C–H/N–H Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4 C–H/X–H Coupling with Other Heteroatom Nucleophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.1 S-Nucleophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 58
4.2 O-Nucleophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3 Miscellaneous Nucleophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5 Mechanistic Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
K. Hirano (*) and M. Miura (*)
Department of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Osaka University, Suita, Osaka
565-0871, Japan
e-mail: k_hirano@chem.eng.osaka-u.ac.jp; miura@chem.eng.osaka-u.ac.jp
DOI: 10.1007/3418_2015_116
# Springer International Publishing Switzerland 2015
Published online: 10 June 2015
Copper-Mediated Intermolecular C–H/C–H
and C–H/N–H Couplings via Aromatic C–H
Cleavage
Koji Hirano and Masahiro Miura
Abstract Copper salts and complexes have recently received significant attention as
less expensive and abundant alternatives to some noble transition metal catalysts such as
palladium, rhodium, and ruthenium, in the research field of C–H activation. They not
only replace the above precious metal catalysts in the known C–H transformations but
also mediate unique, otherwise challenging, cross-coupling reactions involving C–H
bond cleavage. This chapter mainly focuses on recent advances in the copper-mediated or
copper-catalyzed intermolecular C–H/C–H and C–H/N–H aromatic couplings. Seminal
mechanistic studies on the copper-mediated C–H functionalization are also discussed.
Keywords Aromatic compounds Á C–C formation Á C–N formation Á Copper Á
Dehydrogenative coupling
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2 C–H/C–H Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 48
2.1 Alkynylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2 Arylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3 Alkylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3 C–H/N–H Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4 C–H/X–H Coupling with Other Heteroatom Nucleophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.1 S-Nucleophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 58
4.2 O-Nucleophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3 Miscellaneous Nucleophiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5 Mechanistic Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
K. Hirano (*) and M. Miura (*)
Department of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Osaka University, Suita, Osaka
565-0871, Japan
e-mail: k_hirano@chem.eng.osaka-u.ac.jp; miura@chem.eng.osaka-u.ac.jp