（有机化学专业论文）钯催化末端炔烃的二聚反应.pdf

摘要 末端炔烃二聚反应指在由炔烃之间反应生成共轭烯炔、共轭二炔 和共轭二烯等化合物的一类反应。由于末端炔烃二聚反应的产物中含 有不饱和基团，在一定的条件下很容易进行官能团转换。因此，这类 反应的产物一直是有机合成上重要的原料和中间体。本论文主要研究 了钯催化末端炔烃的二聚反应，具体内容如下： 1 p e g - 4 0 0 ( 聚7 , - - 醇) 作为绿色反应介质，能有效地促进钯 催化末端炔烃与缺电子炔烃选择性生成共轭烯炔的二聚反应，反应产 率较高。在二氯二( 三苯基膦) 钯、溴化亚铜、p e g - 4 0 0 和氮气的存 在下，许多末端炔烃均能顺利地发生二聚反应生成相应的烯炔化合 物。重要的是该反应条件温和，并且是在环境友好的反应介质中进行 的。 2 d a b c o ( 1 , 4 二氮双环【2 ，2 ，2 】辛烷，俗称：三亚乙基二胺) 作 为高效配体能促进钯催化末端炔烃的自偶联反应。在醋酸钯、碘化亚 铜、d a b c o 、醋酸钠和空气的存在下，许多炔烃均能顺利地发生自 偶联反应生成相应的二炔化合物，产率中等以上。最为重要的反应不 需要使用对水和空气不稳定且价格相对较为昂贵的膦配体。 关键词：p e g 4 0 0 ，末端炔烃，钯，二聚反应，d a b c o ，自偶联反 应 a b s t r a c t t h ed i m e r i z a t i o nr e a c t i o no ft e r m i n a la l k y n e si sa ni m p o r t a n tm e t h o d f b rt h es y n t h e s i so ft h ec o n j u g a t e de n y n e s 。c o n j u g a t e dd i y n e sa n d c o n j u g a t e dd i a l k e n e s ，a n di t sp r o d u c t sa l eu s e f u lb u i l d i n gb l o c k s i n o r g a n i cs y n t h e s i sa n da l ek e yu n i t si nav a r i e t yo fb i o l o g i c a l l ya c t i v e c o m p o u n d s t h ec o n t e n t s o ft h i s d i s s e r t a t i o n m a i n l yr e p o r t e d t h e p a l l a d i u m - c a t a l y z e dd i m e r i z a t i o nr e a c t i o n so f t e r m i n a la l k y u e s i p e g - 4 0 0 ( p o l y ( e t h y l e n eg l y c o l - 4 0 0 ) ) a sag r e e nr e a c t i o nm e d i u m w a sf o u n dt op r o m o t et h ep a l l a d i u m c a t a l y z e dd i m e r i z a t i o nr e a c t i o n s o ft e r m i n a la l k y n e sw i t he l e n c t r o n - d e f i c i e n ta l k y n e s i nt h ep r e s e n t e e o fp d c l 2 ( p p h 3 2 ，c u b ra n dp e g - 4 0 0 ，l r e a t m e n to ft e r m i n a la l k y n e s 、丽t he l e n e t r o n - d e f i c i e n ta l k y n e sa f f o r d e dm o d e r a t et oe x c e l l e n ty i e l d s t h et r a n s f o r m a t i o n sc o u l dt o l e r a t ear a n g eo ff u n c t i o n a lg r o u p s n o t e w o r t h yi st h a tt h er e a c t i o n s c a l lb ec o n d u c t e du n d e rm i l da n d e n v i r o n m e n t a l l yb e n i g nc o n d i t i o n s 2 d a b c o ( 1 , 4 d i a z a - b i c y c l o 2 2 2 o c t a n e ) a sa l le f f i c i e n tl i g a n d c o u l di m p r o v et h ep a l l a d i u m - c a t a l y z e dh o m o c o u p l i n g so ft e r m i n a l a l k y n e s i nt h el 。f e s e n c eo fp d ( o a t ) 2 ，d a b c o ，c u i ，n a o a ea n da i r , t h eh o m o c o u p l i n g so fv a r i o u st e r m i n a la l k y n e su n d e r w e n ts m o o t h l y t oa f f o r dt h ec o r r e s p o n d i n gd i y n e si nm o d e r a t et oe x c e l l e n ty i e l d s n o t e w o r t h yi st h a tt h ep r e s e n tr e a c t i o nd o e sn o tr e q u i r ee x p e n s i v ea n d i n s t a b l ep h o s p h i n el i g a n d s k e y w o r d s ：p e g - 4 0 0 ，t e r m i n a la l k y n e ，p a l l a d i u m ，d i m e r i z a t i o nr e a c t i o n ， d a b c o ，h o m o c o u p l i n g r e a c t i o n m 硕士学位论文 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不合任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：2 0 0 7 年5 月2 8 日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密 日。 ，( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：声了芗硼 日期：2 0 0 7 年5 月2 8 日 导师签名：榭， 日期：2 0 0 7 年5 月2 8 日 钯催化末端炔烃的二聚反应 引言 1 末端炔烃二聚反应的研究 末端炔烃二聚反应指由炔烃之间反应生成共轭烯炔、共轭二炔和 共轭二烯化合物的一类反应。由于末端炔烃二聚反应的产物中含有不 饱和基团，在一定的条件下可转换成其他官能团。因此，这类反应的 产物一直是有机合成上重要的原料和中间体。 共轭烯炔化合物在合成农药、药物以及其它具有生理活性的物质 等方面都具有广阔的应用前景，尤其是( z ) 头头式烯炔，它是合 成抗癌药物以及抗生素等生理活性物质的重要砌块。合成共轭烯炔的 反应一般是在有机溶剂中进行的，但是有机溶剂对环境不友好。针对 目前环境压力，发展高效、高选择性以及对环境友好的反应介质例如 液体聚合物p e g 等，实现或改善反应的绿色性是非常有必要的。p e g 具有许多优良的特性：( a ) 低毒性、低挥发性、对环境友好而且价格 低廉；( b ) p e g 在低极性溶剂中的溶解度低，有利于产物的分离；( c ) p e g 可以回收重复使用，从而减少了有机残留物对环境的污染。因此， 我们研究了以p e g - 4 0 0 作为绿色反应介质，p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 和c u b r 为 催化体系催化末端炔烃与缺电子炔烃选择性生成共轭烯炔的二聚反 应，反应具有良好的立体选择性和高效性，底物适用范围较广，该方 法为末端炔烃的二聚反应提供了一条绿色的新途径。 共轭二炔化合物同样是许多天然产物以及具有生理活性的化合 物的基本骨架。目前已发展了许多应用于末端炔烃自偶联反应的钯催 1 硕士学位论文 化体系，但是这些方法中通常除了需要加入含膦配体外，还需要加入 过量的胺作为碱和溶剂。绝大部分膦配体对空气及水不稳定、价格昂 贵并具有毒性等，这些不利因素限制了它在有机合成中的应用。基于 上述原因，我们发展了以d a b c o 为高效配体促进钯催化末端炔烃的 自偶联反应的新方法。在醋酸钯、碘化亚铜、d a b c o 、醋酸钠和空 气的存在下，许多炔烃均能顺利发生自偶联反应生成相应的二炔化合 物，产率中等以上。最为重要的是反应中不需要使用对水和空气不稳 定且价格相对较为昂贵的膦配体，从而降低了反应成本。 2 钯在有机合成中的应用 过渡金属钯位于元素周期表中第v i i i 族。钯作为较常见的过渡 金属催化剂在有机合成中的应用十分广泛，可用于双键的异构化，重 排反应，烯烃、炔烃、醇等的氧化反应，催化加氢反应，取代、消除 反应，偶联反应，烯烃、炔烃的二聚或齐聚反应，羰基化反应和脱羰 基化反应等等。钯催化末端炔烃二聚反应的研究，主要体现为寻找新 配体，新反应介质，从而达到设计和发现新反应的目的。 3 我们工作的目的与意义 我们工作的目的与意义在于不断发现新的催化体系，从而推动末 端炔烃二聚反应的发展，为早日实现钯催化末端炔烃二聚反应工业化 提供理论基础与实践经验，另外，我们在末端炔烃二聚反应中使用的 p e g 4 0 0 是一种对环境友好的反应介质，这对实现反应的绿色化，减 少环境污染也有着极其重要的意义。 钯催化末端炔烃的二聚反应 第一章末端炔烃二聚反应生成共轭烯炔的研究进展 c h a r p e r1 r e c e n tp r o g r e s si nt h ed j m e riz a t i o n r e a c t i o n so ft e r m i n a ia i k y n e ss y n t h e s iso fe n y n e s 共轭烯炔是指分子中同时含有两个相互共轭的双键和叁键的一 类化合物，这类化合物一直是有机合成中重要的原料或中间体【1 1 ，在 合成农药、药物及其它具有生理活性的物质【2 l 等方面都具有广阔的应 用前景。在所有合成共轭烯炔的方法中，末端炔烃二聚反应是高效、 便捷合成共轭烯炔的最有效途径之1 一l 。末端炔烃通过线性偶联发 生两分子自身二聚反应得到( e ) ( z ) 头头式异构体与头尾式的区 域选择产物的烯炔混合物( e q 1 a ) ；另外，末端炔烃还可以与带缺电 子基团的炔烃发生分子间二聚反应选择性生成烯炔化合物( e q 1 b ) 。 一厂r r 7 ： e w g = c o c h 3 c 0 2 c h 3 ( 1 a ) ( 1b ) 影响反应的区域选择性和立体选择性的主要因素包括：炔烃取 代基的电子效应；空间位阻；反应底物与催化剂或配体之间的协 同作用等。近年来，通过对催化荆、配体和助剂等的设计、修饰和筛 3 硕士学位论文 选，大大改善了这类反应的选择性和收率。下面从催化剂的角度来详 细总结和阐述末端炔烃二聚反应生成共轭烯炔的最新研究进展。 1 1 过渡金属配合物催化末端炔烃二聚反应 过渡金属催化体系对末端炔烃二聚反应具有良好的立体控制性， 使反应具有很高的使用价值，不同的催化体系具有不同的催化特性， 从而导致反应结果也不一样。 1 1 1 钯及其配合物催化末端炔烃二聚反应 钯及其配合物是一种高活性的催化剂，可用于双键的异构化、重 排反应、烯烃、炔烃、醇等的氧化反应，催化加氢反应，取代、消除 反应，偶联反应，烯烃、炔烃的二聚反应或齐聚反应，羰基化和脱羰 基化反应等等。通常在钯及其配合物等催化下，许多反应体系能实现 良好的立体选择性。 t r o s t 等0 5 ，6 1 曾报道了不同催化体系对末端炔烃二聚反应的选择性 有很大影响：在p d ( o a c ) 2 t d m p p ( t d m p p = p ( 2 ，6 一o m e ) 2 c 6 h 3 1 3 ) 催化体系下，选择性构建了头尾式烯炔【5 1 ；而使用p d ( p p h 3 ) 4 或 p d 2 ( d b a ) 3 c h c l 3 ( o t 0 1 ) 3 p 为催化体系可以高效催化末端炔烃成头- 尾 式烯炔【6 1 0 最近，g e v o r g y a n 和r u b i n a 等同用【( 兀a l l y l ) p d c l 2 t d m p p ( p d ： t d m p p = l ：5 ) 高效、高选择性催化末端炔烃二聚反应生成( 且) 烯炔。t d m p p 是位阻较大、富电子的二齿配体，有利于稳定p d ( 0 ) 钯催化末端炔烃的二聚反应 活性中间体，如用其它的配体代替t d m p p ，反应的立体选择性及产 率则急剧下跌。过量的t d m p p 可以保持反应体系的碱性，在反应加 入与反应底物等摩尔量的e t 2 n h 不但可以降低膦配体的用量( p d ： t d m p p = 1 ：1 ) ，而且可以大大缩短反应的时间，膦配体价格昂贵， 对水和空气不稳定，具有毒性，所以降低反应中膦配体的用量具有重 要意义。在这个反应中，大部分的芳香炔烃的选择性及产率都非常好， 产物以( f ) 烯炔为主，不过脂肪炔烃和蒽基炔烃的反应情况不理想。 研究还发现，邻位上具有不同取代基团的芳香炔烃的二聚反应，邻位 上至少含有一个h 的芳香炔烃才可以高选择性得到( e ) 烯炔。 n o l a n 等【8 l 以l - 庚炔为模板，在d m a c ( n j “二甲基乙酰胺) 溶剂 中，在p d ( o a c ) 2 i m e s h c i 的催化下，以碳酸铯为碱，8 0o c 下2h 反应 完全，收率为1 0 0 ，产物具有良好的立体选择性，以( e ) 烯炔i 为主( i ：i i ：= 9 0 ：3 ：7 ) ：而以碳酸钾为碱，情况恰好相反， 产物以头尾式烯炔型为主( i ：i i ：= 1 1 ：l ：8 8 ) ( e q 2 ) 。 ，卜c s h n - c s h l l - c s h l l p d ( o a c ) 2 i m e s , h c i n 岛h ”兰1 磊- d m a c ，2h 8 0o ck 洲h n - c 卅1 ：囊 h h c 5 h ，1 hh 疗c 5 h ；1 h 哪 在其它的溶剂中，如c h 3 c n 、t h f 、d m f 和d i o x a n e 等，除c h 3 c n 之外，反应结果均与d m a c 类似。用p d ( d b a h 代替p d ( o a c ) 2 催化该反 应，虽然反应的选择性不变，但产率明显降低( 5 7 ) 。实验结果表 明：碱对末端炔烃二聚反应的立体选择性也有影响，当碳酸铯为碱， 以( 层) - 烯炔占主导( 9 7 ) ；以碳酸钾为碱，对于取代基位阻较 硕士学位论文 少的炔烃，产物以头尾式烯炔为主( 7 6 8 9 ) 。对于位阻较大的炔烃， 不论以碳酸铯为碱还是碳酸钾为碱，产物都以( e ) 烯炔为主。 最近，l i 等【9 】报道了在水介质中以p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 c u b r 为催化剂催 化末端炔烃与缺电子炔烃分子间的二聚反应选择性得到( e ) 烯炔。 实验结果表明缺电子取代基( - c o c h 3 、c 0 2 c h 3 ) 对反应的选择性 有较大的影响，反应中不存在末端炔烃的自偶联反应或其它反应的竞 争，反应条件温和，可在水中进行且效果优于甲苯，而这点也正好符 合目前倡导的原子经济性原则及环境友好原则( e q 3 ) 。 = c o c h a c 0 2 c h a ) 1 1 2 镍及其配合物催化末端炔烃二聚反应 镍及其配合物在许多有机反应中都是非常优秀的催化剂。最近。 k u r o s a w a 等t 1 0 】考察y 在n i ( c o d h ( c o d = 1 ，5 环辛二烯) 催化下末端 炔烃的二聚反应。配体效应对二聚反应的选择性有很大的影响：位阻 较大( 键角 1 8 0 。) ，碱性较强( p k a 9 3 ) 的膦配体，才能良好地 选择生成( e ) 烯烃，其中尤以叔丁基膦( t - b u 3 p ，1 8 2 。，p k a = 1 1 4 ) 效果最好。研究还发现，在混合溶剂c 6 d d c d 3 c n ( 1 1 ) 比在c 6 d 6 溶剂， 产率更高更有利于生成( e ) 一烯炔。 在n i ( c o d ) 2 和叔丁基膦为催化体系的催化作用下，芳香炔烃、脂 肪炔烃、硅烷基炔烃、锡烷基炔烃均能快速、高效、高选择性发生二 聚反应生成( e ) 烯炔。尤其是，力b u 3 s n c = c h 能以9 8 的收率顺 钯催化末端炔烃的二聚反应 利地进行，这也是首例有关含锡炔烃发生二聚反应的报道。此外， k u r o s a w a 等采用一锅法，在上述反应的基础上，分别加入溴苯或氯苯， 发生m i g i t a - s t i l l e 偶联反应，产率分别为9 5 和7 7 ，从而提供了一种 非常有效的合成( e ) - l ，4 - 二芳基1 一丁烯炔化合物的方法( e q 4 ) 。 r x r b u 3 s n 1m 0 1 n i ( c o d ) 23t 0 0 1 p d 2 ( d b a ) 3 沁! 虫q 竖尘幽曼堡! 竖! 旦! i i fn e a t ? r t , 2 hd m f - 毋 h8 0o c 1h a a r x r x = = p p h h c b r l ( 7 7 ( 9 5 ) ) ( 4 ) a r x = p h c l 盯7 ) p j 其反应机理详见图l - l ，首先n i ( c o d h 与炔烃及叔丁基膦作用生 成中间体a ，中间体a 发生氧化加成得到中间体b ，中间体b 与另 一分子炔烃选择性二聚反应生成( e ) 头头式产物。与构型c 相比 较，构型c 占主导地位，是因为构型c 具有较高的空间位阻，因此， 过渡金属如n i 可以高效催化生成( e ) 头头式二聚物。作者也考察 了p d ( 1 y b u 3 h 为催化剂，反应则需要较高的温度并且反应的时间也要 延长( 8 0 ，2h ，转化率6 7 ) ，得到( e ) 头头式烯炔( 5 0 ) 及头- 尾式烯炔( 1 7 ) 二聚反应产物的混合物。 图卜1 n i ( c o d h t - b u 3 p 催化末端炔烃二聚反应的反应机理 硕士学位论文 1 1 ，3 铱及其配合物催化末端炔烃二聚反应 过渡金属铱催化末端炔烃的二聚反应文献也有报道。m i y a u r a 等 1 1 1 以 i r ( c o d ) c 1 2 为催化剂，p h 2 m e s i c - - = c h 、m e 3 s i c 三c h 与m e 2 p h s i c = c h 的二聚反应情况相似，研究发现，配体效应对反应的选择有着 关键性的影响：选用p p h 3 配体选择生成( e ) 烯炔( 9 4 9 8 ) ，而选 用p p r 3 配体选择生成( z ) 烯炔( 8 9 9 6 ) ；对于位阻较大、富电子 基团的炔烃如卜b u c i c h 、m e 2 p h c m c h 、m e 2 ( t b s o ) c = c h ，用p p h 3 做配体，仍以( e ) 一型为主，而以p p r 3 为配体，产物则以l ，2 ，3 丁三烯 占主导地位。对于脂肪族炔烃例如1 辛炔，它们的反应产率很低。不 过也曾经有报道说1 辛炔在铱配合物1 1 2 】的催化下选择性生成( z ) 烯 炔。如果使用位阻较大的配体空i p ( i p r ) 3 或p ( c y ) 3 ，则催化活性降低、 产物的选择性也不好。 i s h i l 等1 3 1 也报道了在【h 如o d ) c l 】2 的催化下，末端炔烃与缺电子的 炔烃分子之间的二聚反应。1 辛炔与苯丙炔酸甲酯( 1 ：1 ) 在各种膦 配体作用下的反应情况表明，用r a c b i n a p 作为配体时，反应转化率 几乎达到1 0 0 ，选择性生成( e ) - 烯炔( 8 3 ) ，这也是我们所知首 例在铱配合物的催化下，反应物以1 ：l 的比例选择生成( 且) 烯炔的 报道( e q 5 ) 。在此条件下反应，三甲基硅乙炔、苯乙炔、3 甲基一1 丙炔叔丁基醚、1 环已醇乙炔分别与苯丙炔酸甲酯反应，均以( e ) 烯炔产物为主( e ：z = 9 9 ：1 ) ，且产率较高。 i n c l ( c o d ) 2 p h o s p h i n e? - - c 0 2 m e - p h ，卜h “三+ p h c 0 2 m 。面磊磊1 万i 石i 菇序h 酬兰兰、+ ，卜h 联三三三o ，m ：5 钯催化末端炔烃的二聚反应 双核和多核金属配合物中的金属中心与配体的紧密配位和相互 协调效应，有利于提高催化剂的活性【1 4 1 。o r o 等【1 5 】合成了双核铱金属 配合物【i r 2j e ，一1 , 8 ( n h h c i o i 玉( h ) h 3 ( n c m e ) ( p f p r 3 h 】( 1 ) 和 i r 2 - 1 ，8 一( n h h c l o h 6 ( f h ) h 3 ( c o ) ( 1 ) i p r 3 ) 2 】( 2 ) 高效催化末端炔烃的二聚 反应。p h c 兰c h 、t - b u c m c h 、m e 3 s i c 三c h 和e t 3 s i c 兰c h 在配合物1 和2 的催化下，其中e t 3 s i c - - c h 和m e 3 s i c - - - - c h 可以完全转化，得到专 一产物( 乃一烯炔，但p h c = c h 和t - b u c - - 一c h 的反应选择性不理想， 除了生成( z ) 一烯炔外，还生成另外一种三聚反应产物。配合物l 由 i r h 2 ( n c m e ) 3 ( p f l r 3 ) b f 4 1 1 6 1 合成，l - 与c o 作用可得到配合物2 ( e q 6 ) 。 2 1 1 4 钌及其配合物催化末端炔烃二聚反应 钌及其配合物在许多有机反应中都是非常好的催化剂。文献报道 r u t p ( p y h c l 同样可以高效、高选择性催化苯乙炔二聚反应【1 7 1 。在钌 配合物的作用下，不同炔烃r c e - c h ( r = p h , s i m e 3 ，n - b u , t - b u ) 可 选择性发生二聚反应生成( z ) 烯炔【1 8 】。 氮杂卡宾配体( n - h e t e r o e y c l i cc a r b e n e s ，n h c ) 既可和过渡金 属配位，又可以与主族金属配位，克服了膦配体的一些不足，其供电 子性能比膦配体强，更有利于提高金属催化剂的活性【1 9 i 。h e r r m a n n 堡主兰垡堡奎 等 2 0 1 合成了c p 。r u c ( r ) n ( h ) c = c ( h ) n ( r ) c 1 ( c p + = r s - c 5 m e 5 ) 氮杂 卡宾配合物3 和4 ，在空气中具有一定的稳定性，其结构见图1 2 。 图l - 2 氮杂卡宾配合物3 和4 的结构 4 分别用配合物3 和4 催化末端炔烃r c ；c h ( r = p h 、t - b u 、 p t o l 、m e s s i ) 的二聚反应，反应的转化率以及产物的立体选择性强 烈依赖于炔烃的取代基和套卜杂环卡宾的取代基。以配合物3 为催化剂， 除三甲基硅乙炔产物以头尾式烯炔( 9 2 ) 为主外，其它炔烃产物均 以( e ) 烯炔为主；以配合物4 为催化剂，产物以头尾式烯炔为主， 虽然三甲基硅乙炔二聚反应可专一得到头- 尾式烯炔，但反应转化率 相对较低，只有2 2 。 v e r p o o t 等犯1 j 合成了钌配合物5 和6 并利用它们来催化末端炔烃 二聚反应，选择性生成头头式烯炔，配合物的合成路线如下( e q 7 ) 。 闹+ 吖文 lc i c i j 2 钯催化末端炔烃的二聚反应 配体的不同直接影响到末端炔烃二聚反应的区域选择性和立体 选择性，例如限u n 5 一c s m e s ) h 3 ( l ) l r c - - - - c h 二聚反应，炔烃取 代基r 只影响产物的化学选择性，生成l ，3 或1 , 4 二取代物；而配体 l 则直接影响产物的立体选择性 2 2 1 。 以p h c - - - - c h 为底物，b a s s e t t i 等【2 3 1 对一系列不同配体的钌催化体 系做过详细的研究，其中d p p m ( 2 一二苯基膦甲烷) 、p p h 3 和d p p e ( 1 , 2 二苯基膦乙烷) 的催化活性较好，活性顺序为：d p p m p p h 3 d p p e ， 催化剂对芳香炔烃比脂肪炔烃的催化活性更高，产物主要是头头式 烯炔的混合物。反应的温度、时间、浓度和底物与催化剂的摩尔比等 都会影响到产物立体选择性，反应时间越短，温度越低，【司【勿的比 值越大，即越有利于( 占) 烯炔的生成。 b a s s e t t i 等【2 4 1 报道了在温和的条件下，用嘞 份叩l c ( c - - - - c p h ) - - - - - c h p h ( q 5 - c 9 h 7 ) ( f - p - d p p m ) l i 配厶物7 催化苯乙炔的二聚反应。与 r u x ( , 1 5 - c 9 h t ) ( d p p m ) 】( x = h c 兰c p h ，( e ) - c h = c h p h ) 反应结果 相似，生成头一头式烯炔的混合物。配合物7 的结构见图1 3 。 图1 3 配合物7 的结构 p e r u z z i n i 和b i a n c h i n i 口5 1 合成了配合物【r u h ( c h 3 c n ) 0 帅3 ) o t f 1 0 用以催化末端炔烃的二聚反应。该配合物在空气中较稳定，置于空 气4 8h t g 不会分解，对n i - 1 2 、c 0 2 h 、c h o 等多种官能团稳定，在有机 l l 硕士学位论文 相和水相中都可- 以高效、高选择性生成( z ) 烯炔。这也是首次有关 炔烃在水中发生二聚反应高选择性生成( z ) 烯炔的报道。但配合物 8 和9 对末端炔烃的二聚没有催化活性，催化剂的合成路线见( e q 8 ) 。 9 t l o t f m e c n 1 0 k a t a y a m a 等【2 6 1 报道了r u c h ( - - c = c h p h ) ( i - p r 3 p ) 2 乙烯基钌配合物 1 1 具有良好的催化性能，在- 甲基吡咯烷存在下，能够高效、高选 择性催化末端炔烃二聚反应生成( z ) 烯炔。配合物1 l 结构见图1 4 。 、c il = p ( i - p r ) 3 ，y = p h ( 1 i - p r ) c i 宝u = = = 2 、l l ：= p p p c h y 3 3 ，, y y = = f - p b h ( u 1 ( - 1 c p y ) h ) 图1 - 4 配合物1 1r u c l 2 ( = c = c h p h ) ( i - p r 3 p ：h 的结构 该反应选择生成( z ) 烯炔与亚乙基配体上的取代基y 有关。y 为苯基时，在膦配体的作用下，很容易实现亚乙基与炔基的转化，有 利于生成( z ) 产物【2 7 1 。芳香炔烃产物以( z ) 烯炔为主，产率高达 9 0 - 9 7 ；脂肪族炔烃以- c 6 h 1 3 c = c h 、t - c 4 h g c 兰c h 及带吸电子基团 的p m e 0 2 c c 6 i - h c 三c h 几乎没有反应；而m e 3 s i c - - = c h 得到的是( e ) 烯炔与头一尾式烯炔( 1 5 ：8 5 ) 的混合物。对于r u c l 2 ( = c = c h p h ) k ( l = ( i - p r ) 3 p 、p c y 3 ) 催化下的芳香炔烃与m e 3 s i c 兰c h 之间的二聚反应， 产物以( z ) 烯炔占主导地位( e q 9 ) 。 ( 8 ) 勇? c 钯催化末端炔烃的二聚反应 a r 兰+ s i r a 兰 lc i c 。个一。弋 l = p ( p r ) 3 y = p h ( 1 年p r ) l = p c y a y = p h ( 1 - c y j 1 1 5 铑及其配合物催化末端炔烃二聚反应 铑及其配合物同样可以选择性催化末端炔烃二聚反应生成相应 的烯炔。r h p p h s 常用于催化末端炔烃二聚反应选择生成共轭烯炔的 产率为6 5 7 5 ，但反应中常伴随炔烃三聚反应发生，v i n o g r a d o v 等 2 8 1 利用 p , h c i ( p m e 3 ) 3 催化芳香炔烃二聚反应生成烯炔，虽然产率有所提 高，但立体选择控制不好。 o z e r o v a - 亭t 2 9 1 合成t - - 芳基p n p 型r h 配合物1 2 、1 3 雨 1 4 ，对水和空 气具有一定的稳定性，用量为0 5m 0 1 ，也可选择生成( z ) 烯炔， 产率高达9 9 ，相比而言，配合物1 2 比1 3 和1 4 具有更强的催化活性， 反应中不存在环三聚反应及低聚反应等反应的竞争，催化剂合成的具 体路线见( e q 1 0 和e q 1 1 ) 。 盼甓 d 糍坤删石巍 xx x x 竺：兰兰堡堡塞 l i n 等p o l 用 r h ( c o ) ( p p h 3 ) 2 c l 】i e i 催化末端炔烃的二聚反应，发 现产物的选择性受到溶剂的影响：在非质子性溶齐i j ( c h 3 0 c h 3 、c h 2 c 1 2 和t i - i f ) 中催化h c - - c ( p c 6 h 4 x ) ( x = h 、n 0 2 、c ( o ) h 、m e 、c n 、n m e 2 、 c f 3 、f 、b r 和i ) ，反应几乎以1 0 0 的收率高选择得到( e ) 烯炔；但 是在m e o h 溶剂中，加入0 1m m o l 的m e i ，带吸电子基团的芳香炔烃 二聚反应选择得到的是( z ) 烯炔：而加入过量的m e i ，得到烷化产 物m e c e - c r 。 1 1 6 锇及其配合物催化末端炔烃二聚反应 锇催化末端炔烃二聚的反应报道不多，e s t e r u e l a s 等【3 l 】报道了 o s h c i ( c o ) ( j - p r 3 p h 在- - 7 , 胺中催化m e 3 s i - c = c h z 聚生成( z ) 一烯炔， 产率可达8 2 ( e q 1 2 ) 。 o s h c i ( c o ) ( p p 啪2 3 s h 1 忑 兰 1 2 其它催化剂催化末端炔烃二聚反应 1 2 。1 镧系及锕系金属配合物催化末端炔烃二聚反应 以苯乙炔为模板，h o u 掣k 1 研究了一系列镧系单茂配合物的催化 性能，这些配合物中都能使苯乙炔二聚选择性生成( z ) 烯炔，尤其 是镥苯胺配合物( 1 5 - - 2 2 ) 具有非常优秀的催化性能，转化率 9 9 ， 生成专一产物( z ) 烯炔，这也是我们所知的首例关于芳香炔烃二聚 生成专一( z ) 烯炔产物的报道。配合物( 1 5 2 2 ) 的结构见图1 5 。 钯催化末端炔烃的二聚反应 1 5 ：l n 2 y ：r = p h ；n = 2 1 6 ：l n = y b ；r = p h ；n = 2 1 7 ：l n = l u ；r = p h ；n = 2 1 8 ：l n = l u ；r 。= 2 4 6 - m e 3 c e h 2 ；n = 1 1 9 ：l n = l u ；r = 2 6 - m e 2 p - - , e h a ；n = 1 2 0 ：l n = l u ；r t - b u 。：n = 2 1 ：r 一2 , 4 6 - m e a c s h 2 2 2 ：r ：2 6 m e 3 c s h 3 图1 5 配合物( 1 5 - - - 2 2 ) 的结构 尤其是配合物1 8 ，反应选择性非常好，( z ) 烯炔收率大于9 9 。 另外，该催化剂可以重复使用：催化剂1 7 经过三次反应后，催化剂的 活性及产物的选择性没有降低( e q 1 3 ) 。 p h e 三三- h 1 0 m m o i y i e l d 鼎戮( 1 3 ) 3 r d9 9 最近，h e s s e n 等 3 2 l 用合成的阳离子 【珂3 ： 叩1 - m e 2 t a c n ( c h 2 ) 2 n t b u l a ( c h 2 s i m e 3 ) + 配合物，高效、高选择性催 化p h c 一- c h - - 聚成( z ) 烯炔，产率大于9 9 。 k o m e y a m a 掣3 3 儿3 4 】报道了在胺溶剂中，使用l n n ( s i m e 3 瑚3 ( l n = y 、l a 、s m ) 为催化剂催化末端炔烃二聚反应，研究发现，钇的催 化活性比钐和镧更高。在反应中，胺控制着反应进行的方向以及产物 的立体选择性。在l n y ( s i m e 0 2 1 3 的催化剂下。苯乙炔选择生成( z ) 烯炔，胺的活性顺序是：叔胺 仲胺 伯胺，其中芳香胺的活性比 脂肪族胺的活性更高。与苯乙炔相比较，1 辛炔主要选择头尾式烯炔， 硕士学位论文 胺的活性顺序是伯胺 9 0 ) ，产物构型随原料比不同而 不同，以苯乙炔为例，当i n c l 3 ：p h c ；- c h 为3 ：7 1 4 ，以二聚产物( e ) 烯炔为主( 9 2 ) ；i n c l 3 ：p h c ；- c h 为3 ：2 时，产物以苯乙烯为主。 1 2 3 p b u - p 4 催化末端炔烃二聚反应 钯催化末端炔烃的二聚反应 k o n d o 等【柏l 报道了在t - b u - p 4 碱有机催化剂的催化下，以d m s o ( 二甲基亚砜) 为溶剂，苯乙炔与i - p r 2 n h 二聚反应得到头头式烯炔 ( 6 6 ，e ：z = 5 8 ：4 2 ) 。t - b u i ) 4 碱是目前已知的唯一催化p h c = c h 二聚反应选择性生成头头式烯炔的有机催化剂，其反应的适用 性及机理还有待进一步的研究，结构见图1 6 。 m e u e - - - e n , m 2 材 叩m e 2 m e 2 n - p i = n - t 5 l - n 2 f - n m e 2 n m e 2 *n m e 2 “| | p 4 酗s ； m e 2 n 呻一n m e 2 p ：4 2 伽m e c n ) n m e2 w + 。v 。 图1 - 6t - b u - p 4 的结构 1 3 炔烃二聚的催化反应机理 随着人们对末端炔烃二聚反应的研究不断深入，反应机理也日趋 完善，一般认为末端炔烃二聚反应一般是按以下几步进行：末端炔 烃与金属配合物发生氧化加成生成具有催化活性的金属炔物种；活 性金属炔物种插入到另分子炔烃得到乙烯基配合物；还原消除产 生共轭烯炔。其中第二步是非常重要的步骤，控制着产物的区域选择 性和立体选择性，在此步骤中，催化剂的中心金属、配体、溶剂以及 炔烃取代基等都对产物的区域选择性和立体选择性有影响。 以【( 7 r - a l l y l ) p d c l 】2 厂r d l ) p 为例，g e v o r g y a n 和r u b i n a 等同认为：首 先碱性配体e t 2 n h 将p d ( ) 物种a 氧化生成具有催化活性的p d ( 0 ) 物种b ，同时生成副产物丙烯胺c ，p d ( 0 ) 被富电子的螯合配体t d m p p 所稳定，活化了炔烃上的叁键转化成d ，这一步是可逆的；接下来另 一分子的炔烃与d 生成e 和e ，以此形成两条立体选择性不同的路线i 1 7 硕士学位论文 ：f r i l l 。在此过程中炔烃的取代基影响着产物的选择性：脂肪族炔烃以 及蒽基炔烃通过线路i 。二聚反应选择成头尾式烯炔：芳香炔烃通过 路线i i ，二聚反应选择生成( e ) 头头式烯炔产物。与此同时，活性 催化剂钯再生参加下轮催化循环，机理详见图1 7 。 他d 丫c l 、卧a 瞒3 一 n 厂“e t 2 n ，嗡c 图1 7 反应机理 此外，配体的不同也影响着烯炔的构型。m i y a u r a 等 j 认为，在 【k ( c o d ) c 1 2 的催化，炔烃的c h 键与低价态的过渡金属m 发生氧化加 成形成活性金属炔中间体：在e t 3 n 作用下，由膦配体控制着立体选择 性不同的两条路线：p p h 3 为配体，按路线a ，炔烃被金属炔物种插入 得到( e ) 烯炔；具强供电子的配体p p r 3 则按路线b ，倾向于金属炔 物种与炔烃的c h 键发生氧化加成形成( z ) 烯炔，详见图1 8 。 钯催化末端炔烃的二聚反应 r 图1 8 反应机理 1 4 结论与展望 综上所述，芳香炔烃比脂肪炔烃更容易发生二聚反应，产物的立 体选择性更好；使用位阻较大、富电子的配体对产物的选择性也更有 利，而且在反应中加入适量的碱，将有助于增强催化剂的催化活性和 降低膦配体的用量，提高反应速率和选择性。 共轭烯炔是有机合成上重要的原料或中间体，尤其是( z ) 头 头式烯炔，它是合成抗癌药物以及抗生素等生命活性物质的重要砌块 1 4 ，该研究领域一直是有机合成中研究热点之一。如何提高该反应的 化学选择性及区域选择性也始终是这一领域所遇到的最大挑战。虽然 目前已有许多关于末端炔烃二聚反应的文献报道，也取得较满意的结 果，但是选择性好、活性高、对底物适应范围宽的催化体系仍然十分 有限，反应的选择性控制也并不尽如人意。因此发展高效、高选择性， 硕士学位论文 可回收重复使用和绿色的新型催化剂体系，从而提高末端炔烃二聚反 应的选择性和收率等方面，还有待更进一步的研究与探索。 钯催化末端炔烃的二聚反应 第二章p e g - 4 0 0 介质中钯催化末端炔烃与缺电子炔烃生成 共轭烯炔的二聚反应 c h a r p e r2 p a ii a d i u m - c a t a i y z e dd i m e r i z a t i o nr e a c t i o n s o ft e r m i n a ia i k y n e sw i t ha c t i v a t e da i k y n e ss y n t h e s is o fe n y n e si np e g 一4 0 0 ( p o l y ( e t h y i e n eg i y c o i - 4 0 0 ) ) 共轭烯炔是指分子中同时含有两个相互共轭的双键和叁键的一 类化合物，这类化合物一直是有机合成中重要的原料或中间体，并且 在合成农药、药物及其它具有生命活性的物质雎瞎方面都具有广阔的 应用前景，尤其是( z ) - 头头式烯炔，它是合成抗癌药物以及抗生 素等生命活性物质的重要砌块。在所有合成共轭烯炔的方法中，末端 炔烃的二聚反应是高效、原子经济性合成共轭烯炔的最有效途径之 一。虽然目前已有许多关于末端炔烃二聚反应合成共轭烯炔化合物的 文献报道，