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钯催化剂在卤代芳烃偶联反应中的应用研究 中文摘要 本论文由综述和实验部分组成。 综述部分主要阐述了钯催化的反应机理，以及近几年钯催化偶联 反应的研究进展。实验部分首先通过对催化剂、溶剂、温度的选取， 得到反应效果较好的催化剂、溶剂、温度。在此基础上，进一步考察 了反应温度、时间、碱的用量对反应的影响，确定了初步的反应体系。 研究发现：该催化体系具有较好的反应适用性，可以用于多种卤代芳 烃的偶联反应。 关键词：卤代芳烃，偶联反应，钯催化 s t u d i e so nt h ea p p l i c a t i o no fp a l l a d i u mc a t a l y s ti nc o u p l i n g r e a c t i o n so fa r y lh a l i d e s a b s t r a c t t h ew h o l et h e s i si sc o n s t i t u t e db yt w op a r t s ：r e v i e wa n de x p e r i m e n t r e v i e w p a r tm a i n l ye x p o u n d s t h e d e v e l o p m e n t o f p a l l a d i u m c a t a l y z e dc o u p l i n g r e a c t i o n s d u r i n g t h e s e y e a r s i nt h e e x p e r i m e n tp a r t ，w eh a v em a d ea s e l e c t i o no fc a l a ! y s t s ，b a s e sa n d s o l v e n t s o nt h i sb a s i s ，t h er e a c t i o nt i m e ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，a n d t h ed o s a g eo ft h eb a s e sw e r ef u r t h e ri n v e s t i g a t e d ，t h e nt h ep r e l i m i n a r y r e a c t i o n s y s t e mw a sd e t e r m i n e d w ef o u n dt h a t t h i s s y s t e mh a sa e x t e n s i v ea p p l i c a b i l i t y ，i tc o u l db eu s e di nm a n yd i f f e r e n tc o u p l i n g r e a c t i o n s k e y w o r d s ：a r y lh a l i d e ，c o u p l i n gr e a c t i o n ，p a l l a d i u m c a t a l y z e d i i 浙江师范大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人 或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做 的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 作者签名：关哞孑 日期萨月 学位论文使用授权声明 本人完全了解浙江师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关机关或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和 借阅，可以采用影印、缩印或扫描等手段保存、汇编学位论文。同意浙江师范大 学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播论文的全部或部分内容。同时授权中 国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 保密的学位论文在解密后遵守此协议。 储虢渠孝导师签名 研 吼泸6 月7 日 r髫n2吖 第一章绪论 u l l m a n n 偶合反应是有机合成中构建碳碳键最重要的方法之一【l 卅，该反应 所得产物为联苯及其衍生物，而联苯及其衍生物广泛存在于某些具有生理活性天 然产物例如生物碱等中，而且在有机合成、医药、农业用品、商用染料以及有机 导体和有机半导体等方面也有广泛应用。因此，通过u l l m a n n 偶合反应高效、 高产率地合成联苯及其衍生物一直是有机合成工作者的关注热点之一。近几年 来，钯催化的芳烃偶合反应引起了人们的重视。对钯催化剂先作如下简要介绍。 1 1 钯催化剂的简要概述 钯催化剂简单地可分为两类：零价钯催化剂和二价钯催化剂。 常用的用来催化芳烃发生u l l m a n n 偶合反应的零价钯催化剂为p d c ，钯碳 已经被广泛地用于许多有机合成反应中，如脱卤反应、硝基还原、催化加氢等等。 在u l l m a n n 偶合反应中，需要提供化学计量的零价钯以促使反应顺利进行，需要 使用还原剂来再生零价钯。常用的还原剂为氢气、氢原子产生剂( 例如甲酸盐与 水、锌与水、二氧化碳和水与锌等) 和氧化还原氢原子转移剂( 例如异丙醇、苯等) 等。这些还原剂主要是通过吸附或产生不同程度的氢源来促使零价钯的生成，但 是也伴随着一些副反应，如脱卤反应、硝基还原、羰基还原等。虽然有机还原剂 在溶解性和选择性上优于无机还原剂，但是在偶联反应中，芳香卤代烃的脱卤现 象还是普遍存在。由此可见，选择合适的催化剂和反应条件，减少脱卤反应的发 生是我们研究的方向之一【h 】。 常见的二价钯催化剂有p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 、p d c l 2 ( d p p c ) 、p d c l 2 ( d p p p ) 、p d c l 2 ( d p p b ) 、 p d c l 2 ( d p p f ) 【d p p e = p h 2 p ( c h 2 ) 2 p p h 2 ，d p p p = p h 2 p ( c h 2 ) 3 p p h 2 ，d p p b p h 2 p ( c h 2 ) 4 p p h 2 ， d p p f = - ( p h 2 p c s i - h ) 2 f e 、p d ( o a c ) 2 等。通常认为二价钯不是直接催化芳香卤 的偶合，而是在化学计量的还原剂作用下使二价钯转化为零价钯，然后零价钯还 原卤代芳烃发生偶合反应，形成碳碳键。因此，这类反应通常在还原剂存在的 条件下进行，如甲酸盐、氢气、胺、醇、锌等，然而这些反应通常需要过量的还 原剂以促使反应尽可能完全进行，并伴随一些副反应。 1 2 钯催化机理的简要概述 般来说，由固相支载的钯催化的c c 偶合反应是按下面的机理( s c h e m e 1 1 ) 进行的，如金属有机物与芳香卤代烃或三氟甲酸酯等，这包含着氧化加成、 金属转移和还原消去三个步骤。 r 1 - r 2 r 1 一p d r 2 m = b 。s n ， s i ，z n 。m g p d ( 0 ) t r a n s m e t a l l a t i o n r 1 p d - x m - x r 2 。m s c h e m e1 1 h a t a n a k a 等【5 1 在研究芳香卤代烃与卤代硅烷的交叉偶合反应时，发现在d m f 中，加入适当的钯催化剂和氟化钠可以使得反应更加顺利地进行。他们认为氟离 子与硅烷形成的负离子参与了金属转移过程( s c h e m e1 2 ) ，并对机理进行了验 证，证实了多氟离子确实能有效地促进反应进行。 【x 、 ! 吖【r 2 ； f a r i 一s i s c h e m el 一2 l u o 等1 6 】研究了有机胺作为碱时碘代芳香烃的自身偶合反应，并取得了较好 的效果。该反应体系中已经与以往的h e c k 或交叉偶合反应有了很大的不同，因 为反应物中没有提供任何氢以形成碘化氢，他们认为胺促使催化剂进行了还原， 同时形成了氢源( s c h e m e1 3 ) ，用双氧水检测，发现反应液中含有碘离子，认 为反应最有可能以图中的机理进行。 2 00 a m 融幽 r 1r 2 n h + h i + m e c h o f r ir 2 n = c h c h 3 a 卜i p dc a t = i - + h i + a r - a r p dc a t d m f b a s e ，1 1 0 ，1 2 h 心沁 j ( 叩r 1r ：z n c h 删2 c h 3 3 。a f 删 r r ：三勰 r 2 p d ( 0 ) l r 令a 内r 舀- p d 2 - c l h n 。 r 2i 。 a r p d l l n r 1r 2 n c h c h 3 s c h e m e1 3 r a w a l 等【7 1 以醋酸钯作为催化剂，研究了芳香卤代烃在氢醌存在时的偶联反 应，认为氢醌的异构化可以提供氢源，以促进反应进行( s c h e m e1 4 ) 。 a r - x 2 5 m 0 1 p d ( o a c ) 2 2 - 5 m 0 1 p ( o - t 0 1 ) 3o ra s ( o - t 0 1 ) 3 h y d r o q u i n o n e c s 2 c 0 3 d m a 3 a t 舡 瓤i 秘盂 a r ，l p a r 、a r i - 、f ) i a r i p d ( o ) 甜芦- o 仑。h ki i o 甘洲 ja r , , , l o 仳o 。n 。洲 t a n a k a 等【8 】研究了以t d a e ( 四烈，m 二甲基) 氨基乙烯) 为碱时卤代芳烃的 a 卜b r p dc a t ，t d a e ，d m f t 。a e = 2 n 2 t de = = 气 。 m e z nn m e z 氏t 氛t a r - x ；- a r p d 2 x n = a r - p d 。 s c h e m e1 5 w a n g 等【9 1 研究了p e g 为溶剂时的偶联反应，一般认为含羟基的p e g 可以 还原为酮，以利于反应进行，但他们发现醋酸钯p e g 体系可以重复使用5 次， 产率没有明显下降，这说明p e g 可能不是还原剂。具体的机理还需要迸一步的 研究( s c h e m e1 6 ) 。 4 x l x 2 r 1 囝+ r 购 a r - x a 卜a r p d ( o a c ) 2 p e gr k 2 c 0 3 ，1 2 0 c p d ( 0 p d ( 2 1 r 2 o r 八r x 、，o l h a 2 r r s c h e m e1 6 1 3 钯催化在偶联反应中的应用研究进展 目前研究二价钯催化剂在偶合反应中的应用研究已经取得了较大的进展。主 要集中在醋酸钯和p d c l 2 类催化剂上。 1 3 1 醋酸钯在偶联反应中的应用 l e m a i r e 等【1 q 利用醋酸钯作为催化剂，异丙醇作还原剂催化u l l m a n n 偶合反 应，在发生偶合反应的同时也存在脱卤还原反应，另外该反应由于二价钯转化成 零价钯时易形成较大颗粒的钯黑而失去催化活性，降低了催化效果( s c h e m e 1 - 7 ) 。 p d ( o a c ) 2 n - b u 4 n b r b a s e ，- p r o p a n o l c n + 由+ o 义 s c h e m e1 7 l e m a i r e 等报道t ；e 用醋酸钯作催化剂催化一系列具有官能团的卤代噻 吩的u l l m a n n 偶合反应，并获得了较好的产率( s c h e m e1 8 ) 。 r 分 p d ( o a c ) 2 x ：i br c l ( ，p r ) 2 n e t ，t 。i u e n e 西一 r + t a n a k a 等【8 】利用醋酸钯等作催化剂，以t d a e ( 四( n ，n 二甲基) 氨基乙烯) 为配体和促进剂，促进溴代芳烃顺利地发生还原偶合反应( s c h e m e1 5 ) 。 w a n g 等【9 】也利用醋酸钯作为催化剂，以p e g4 0 0 0 作为反应介质，相同和 不同芳烃之间的偶合都取得了较好的结果，而且p e g 可以作为相转移催化剂， 使得溶剂和催化剂便于回收，该催化体系可以重复使用5 次，未见催化性能有所 下降。此外，p e g 含有大量羟基，可以作为氧化还原氢原子转移剂，大大促进 了反应的进行( s c h e m e1 - 6 ) 。 1 3 2p d c l 2 类催化剂在偶联反应中的应用 与p d c l 2 配位的配体对反应的活性以及区域选择性影响很大，因此针对配 体选择和设计等的研究一直是p d c l 2 作为催化体系催化偶联反应的研究热点， 有许多性能优越的p d c l 2 催化体系得到开发。这里主要介绍p d ( d p p o c l 2 ( d p p f = 1 ，1 - b i s ( d i p h e n y l p h o s p h i n o ) f e r r o c e n e ) 在u l l m a n n 偶合反应中的应用。 j u n t a n d 等【1 2 】利用较大量的锌作为还原剂( 锌反应底物的摩尔比为2 0 ) ， p d c l 2 ( p p h s ) 2 作为催化剂催化三氟甲基磺酸醮的u l l m a n n 偶合反应，获得了较高 的产率，但是由于还原剂锌的使用量较大而限制了其在实际中的应用( s c h e m e 1 - 9 )。 10m 0 1 p d c l 2 ( p p h ) 2 z n ( z n r e a c t a n t = 2 0 ) d m f 。9 0 ，4h n c c n 8 5 s c h e m e1 - 9 m o r r i s 等f 1 3 】用p d ( d p p o c l 2 作为催化体系催化4 吡啶硼酸和溴代水杨酸酐 的偶联反应，可以高效地得到具有双功能基团的3 或4 芳基吡啶，且反应条件温 和，收率为6 4 ( s c h e m e1 1 0 ) 。 o h c h o r 1 b r宁( o r 2 ) 2 + p d ( d p p oc 1 2 。n a 2 c 0 3 d m e h 2 0 ( 3 ：i ) ，4 h 6 h o n g u y e n 等利用p d ( d p p f ) c 1 2 和p p h 3 组成的催化体系催化3 溴5 叔丁基 水杨醛和有机硼反应，得到3 苯基5 一叔基水杨醛，收率为6 7 ( s c h e m e1 11 ) 。 o h c p d ( d p p f ) c 1 2 ，n a 2 c 0 3 d m e h 2 0 ( 3 ：i ) s c h e m el 1 1 w i l l i a m s 等【1 5 】在合成t m c 9 5 a b 中利用p d ( d p p f ) c 1 2 作为催化剂，在碳酸 钾的存在下顺利地合成了该化合物的中间体。 r a g a u s k a s 等将p d ( d p p f ) c 1 2 作为催化剂，在碳酸钾和水存在的条件下对 溴代芳烃和苯硼酸的偶合反应进行了研究，产率最高可达9 9 ，转化率也较高 ( s c h e m e1 1 2 ) 。 b r 4 - p h b ( o h ) 2 0 1 p d ( d p p f ) c 1 2 2 0 a q u e o u sp e g - 2 0 0 0 ( 2 m l ) 2 0 0 k 2 c 0 3 。8 0 s c h e m e1 1 2 p h 此外，g a u t h i e r 等【1 刀对n e g i s h i 偶合反应进行了改进，将p d ( d p p f ) c 1 2 作为 催化剂，以糠醛二乙缩醛为原料，通过四步反应、一锅操作成功地合成了5 芳基 2 一糠醛，产率高达9 2 ( s c h e m e1 1 3 ) 。 z n l i + 囟 3 f 1 ) p d ( d p p f ) c 1 2 t h f 2 ) 5 nh c i o m e o m e 7 9 s c h e m e1 1 3 z h uj i e p i n g 等在合成多元杂环的时候惊奇地发现除了发生芳香卤代烃的 偶联之外还发生了n h 与a r - h 之间的偶合，得到了双环化合物( s c h e m e1 1 4 ) ， 具体的反应机理还在进一步的研究之中。 7 甸， 园b l 、o m e l b nn 护 p d ( d p p oc 1 2 k o a c d m s o 。1 2 0 b n 9 1 s c h e m e1 - 1 4 综上所述，p d ( d p p f ) c 1 2 是一种良好的偶联催化剂，可用于卤代芳烃与芳香硼 酸衍生物之间的偶合反应，三氟甲基磺酸酯的偶合反应，n e g i s h i 偶合反应等， 并取得了较好的效果。然而，这些反应一般有氢源( 如水、羟基) 的存在，或者 需要金属有机物( 如正丁基锂、烷基锌试剂等) 的参与，这在一定程度上增加了 p d ( d p p f ) c 1 2 应用的难度。z h u 等的工作说明碘代芳烃在p d ( d p p f ) c 1 2 的催化下， 在没有氢源存在的情况下，在d m s o 溶液中，也可以直接生成偶联产物，这大 大地简化了反应条件，在仅有醋酸钾的条件下，反应也可以顺利进行，分子内碘 代芳烃的偶联取得了较好的效果，而且，当两个羰基之间存在两个相邻的甲基时， 产率可达9 8 。 一般来说，反应中需要存在还原剂或假定的还原剂，如胺 6 , 8 , 1 1 】、d m ：f 6 , 8 , 1 2 、 醇【7 ，9 ，1 0 , 1 6 】等，但在s c h e m e1 1 4 的反应中，只有d m s o 可以被还原。目前d m f 作为偶联反应的研究已经有了相关报道 2 6 1 ，而以d m s o 为溶剂的研究相对较少， 值得进一步研究。d m s o 简介如下：是一种透明、无色、无臭、呈微苦味的水 溶性的液体，毒性极低，具有良好的溶解性能，能溶解绝大多数有机化合物，甚 至对无机盐也能溶解，沸点为1 8 9 c ( 7 6 0 m m h g ) ，性质稳定。d m s o 可以作为其 他挥发性溶剂如t h f 、异丙醇等的替代品。 本实验室拟在此基础上，对p d ( d p p f ) c 1 2 在卤代芳烃偶联反应中的应用做进 一步的研究。在没有氢源和金属有机物存在的条件下，对卤代芳烃的直接偶合进 行进一步的研究。 本论文的研究内容如下： 1 以对氟碘苯为反应底物，考察不同催化剂、反应溶剂、碱对偶联反应的 影响，找出较好的催化剂、反应溶剂及碱； 2 在1 的基础上，以对溴甲苯为反应底物，考察反应温度、反应时间、碱 的用量对反应的影响，找出相对合适的反应条件； 3 在2 的基础上，结合卤代芳烃各自的化学性质，考察其偶联效果； 4 对所得到的结果进行分析，对反应机理做简要探讨。 9 第= 章催化剂、碱、溶剂的选择 以对氟碘苯为反应底物，考察了不同催化剂、温度、溶剂、碱等对反应的影 响。 2 1 实验部分 反应瓶中加入对氟碘苯1m r n o l ，d m s o ( 或其他溶剂) 3m l ，p d ( d p p f ) c 1 2 ( 或其他催化剂) o 1m m o l ( o 0 8g ，1 0 m m 0 1 ) ，氟化铯( 或其他碱) 1m m o l ， 在1 2 0 或1 5 0 下搅拌反应，t l c 跟踪。反应结束后加水1 0m l ，乙酸乙酯萃 取三次( 3x 2 0m e ) ，合并有机相，水洗( 3x 2 0m l ) ，饱和食盐水洗涤，无水硫 酸镁干燥，过滤得到溶液用g c m s 检测；减压除去溶剂得粗产物，用柱层析分 离得纯化产物( 石油醚或乙酸乙酯：石油醚= 1 ：1 为洗脱剂) ( s c h e m e2 - 1 ) 。 b a s e c a t s o l v e n t s c h e m e2 1 所有反应除特殊说明外，都在氩气保护下进行。反应使用的溶剂除特殊说明 外，均不经过纯化处理。1 h - n m r 谱在a v a n c ei l l4 0 0 mh z 型核磁共振仪上测 定，溶剂为氘代氯仿或d m s o ；g c m s 在g c6 8 9 0 5 9 7 5m s d 气质联用仪上测 定( 程序升温1 4 0 2 7 0 。c ，升温速率l o m i n ，柱温2 5 0 或2 7 0 c ) ；柱层析 硅胶用硅胶h ；薄层硅胶板用g f2 5 4 。 2 2 结果分析 2 2 1 催化剂对反应的影响 这部分考察不同催化剂对反应的影响，结果如下。 1 0 表2 1 对氟碘苯偶合反应2 t a b l e2 一ih o m o c o u p l i n go f4 - f l u o r o i o d o b e n z e n ew i t hd i f f e r e n tc a t a l y s t s 。 e n t r y c a t p r o d u c t ( ) “ 1 p d ( d p p f ) c 1 2 7 0 2 p d c l 2 5 3 p d ( o a c ) 2 2 5 4 p d ( d b a ) 2 6 0 5 p d ( p p h 3 ) 4 3 4 6 p d ( pt - b u s ) 2 o 7 p d ( p h 2 p ( c h 2 ) 4 p p h 2 ) 2 0 2r e a c t i o n c o n d i t i o n s ：4 - f l u o r o i o d o b e n z e n e ( 1m m 0 1 ) ，c s f ( 1m m 0 1 ) ，d m s o ( 3mj ) ，10m o l o f c a t ，12 0 6g c - m sy i e l d 曲a _ d i b e n z y l i d e n e a c e t o n e d p p f = 1 , 1 一b i s ( d i p h e n y l p h o s p h i n o ) f e r r o c e n e 根据钯化合物价的不同分为零价钯和二价钯两类，结合表中数据可以得出： 1 零价钯催化剂中p d ( d b a ) 2 取得的结果较好( e n t r y4 ) ，产率为6 0 ，可能 是p d ( d b a ) 2 可以形成良好的电子共轭体系，有利于电子转移，使得催化循环体系 能够顺利进行；p d ( p p h 3 ) 4 、p d ( p h 2 p ( c h 2 ：) 4 p p h 2 ) 得到的结果偏低( e n t r i e s5 ，7 ) ， 可能是由于苯环增多所致的空间位阻效应增加了电子转移的难度；而以p d ( p t b u ，) ：时则没有检测到产物( e n t r y6 ) ，可能是配体为烷基链，在催化循环体系 中提供电子的能力较弱。这说明配体对催化剂的催化性能有很大影响，配体给电 子能力的强弱与配体的空间位阻会影响反应的进行； 2 三个二价钯催化剂中，p d ( d p p f ) c 1 2 反应效果较好，催化效果最好，结 果为7 0 ( e n t r i e s1 ，2 ，3 ) ，不加配体p d c h 时产物只有5 ( e n t r y2 ) ，说明 配体的加入能促进反应进行，其原因可能是二茂铁接上含p 的取代基后，由于p 含有孤对电子，使得整个体系成为潜在的供电子体，有利于电子发生转移；而 p d ( o a c ) 2 的催化效果好于p d c l 2 可能是前者的溶解性能优于后者( 醋酸钯可以溶 于丙酮、二氯甲烷、氯仿、乙酸、乙腈、乙醚、甲苯等多种溶剂) 。 2 2 2 碱对反应的影响 上述实验得出p d ( d p p f ) c 1 2 反应效果较好，因此我们选择该催化剂进一步 的研究，考察不同的碱对该反应的影响，结果如下。 袁2 - 2 对氟碘苯偶合反应。 t a b l e2 - 2h o m o c o u p l i n go f 4 - f l u o r o i o d o b e n z e n ew i t hd i f f e r e n tb a s e s e n t r y t e m p ( ) b a s e p r o d u c t ( ) 。 1 1 5 0n o b a s e 4 2 1 5 0 n a h c 0 3 5 7 31 5 0 k 2 c 0 3 1 0 0 4 1 5 0 n a 2 c o s 8 4 51 5 0 n e t 35 2 6 1 5 0 k s p 0 4 4 1 71 5 0k f 9 2 8 1 5 0n a o a c8 7 91 2 0 c s 2 c 0 3 1 0 0 1 0 1 2 0k o a c1 0 0 1 l1 2 0c s f 1 0 0 ， 1 21 2 0 n - i - - 1 4 0 a c 3 8 1 31 2 0 b a ( o h ) 2 。h 2 0 1 0 0 1 41 2 0c s o a e1 0 0 1 51 2 0 i p r 2 n h 1 0 0 1 61 2 0 t - b u n h 2 2 5 。r e a c t i o nc o n d i t i o n s ：4 - f l u o r o i o d o b e n z e n e ( 1m m 0 1 ) ，b a s e ( 1m m 0 1 ) ，d m s o ( 3m 1 ) ，10m o i o f p d ( d p p f ) c 1 2 bg c - m sy i e l d 从表中可以看出： 1 不加碱时产物只有4 ( e n t r y1 ) ，而加入碱后结果为2 5 1 0 0 ，这说明 碱对反应具有促进作用。这也与前人的总结相符：碱的存在可以促使零价钯的生 成，有利于催化循环进行1 3 引，因此，碱的加入是必须的。 2 以碳酸钾、碳酸铯、醋酸钾、氟化铯、水合氢氧化钡、醋酸铯、二异丙 基胺为碱时都得到了很好的结果( e n t r i e s3 ，9 ，1 0 ，1 1 ，1 3 ，1 4 ，1 5 ) ，可能是 由于碱本身碱性强弱的不同与其在d m s o 中的溶解性能的不同导致。 1 2 2 2 3 溶剂对反应的影响 上述实验得出氟化铯也可以得到很好的反应效果，因此我们选择氟化铯作为 碱，进一步考察了溶剂对偶联反应的影响，结果如下。 表2 3 对氟碘苯偶合反应。 t a b l e2 - 3h o m o c o u p l i n go f 4 一f l u o r o i o d o b e n z e n ew i t hd i f f e r e n ts o l v e n t s 4 e n t r y s o l v e n t p r o d u c t ( ) 6 ld m s o1 0 0 2 d 匝6 5 3t o l u e n et r a c e 4e t h a r l o l 7 4 5i p a1 0 0 6a c n 3 2 7w a t e r5 8d i o x a n e 0 8r e a c t i o nc o n d i t i o n s ：4 - f l u o r o i o d o b e n z e n e ( 1 r e t 0 0 1 ) ，c s f ( 1m m 0 1 ) ，s o l v e n t ( 3m 1 ) ，10r e e l o f p d ( d p p f ) c 1 2 6g c - m sy i e l d i p a = i s o p r o p a n o l ，a c n = a c e t o n i t r i l e 溶剂可分为质子性溶剂和非质子性溶剂，结合表中数据可以得出： 1 当溶剂为质子性溶剂乙醇、异丙醇时，反应得到了较好的结果( e n t r i e s4 ， 5 ) ，特别是以异丙醇为溶剂时，g c m s 含量为1 0 0 ，可能是醇羟基提供了质 子，可以被氧化成酮或醛，促使了反应进行； 2 当溶剂为非质子极性溶剂时，d m s o 、d m f ( e n t r i e s1 ，2 ) 为溶剂时得 到的结果较好，这个结果与z h u 等所得出的结论一样：在d m s o 中，碘代芳 烃可以顺利进行反应，并取得较好的结果。这可能是这些溶剂具有一定的还原性 所致； 3 以乙腈为溶剂时，产物含量也较低( e n t r y6 ) ，以甲苯或二氧六环为溶剂 时反应基本没有发生( e n t r i e s3 ，8 ) ，水作为溶剂时结果较差( e n t r y7 ) ，可能 是催化剂与原料在这些溶剂中溶解性较差所致。 2 3 本章小结 本章节对对氟碘苯的偶联反应进行了研究，考察了不同催化剂、温度、溶剂、 碱对反应的影响，得出： ( 1 ) p d ( d p p f ) c 1 2 是一种良好的稳定的偶联催化剂； ( 2 ) 反应在碱如碳酸钾、碳酸铯、醋酸钾、氟化铯、水合氢氧化钡、醋酸 铯、二异丙基胺等的存在下可以得到较好的反应结果； ( 3 ) 异丙醇、乙醇作为质子性溶剂，可以大大提高反应产率，而d m s o 、 d m f 作为非质子性溶剂，也可以得到较好的反应结果。 1 4 第三章钯催化剂在对溴甲苯偶联反应中的应用 通过前面对催化剂、溶剂、碱的筛选，我们知道p d ( d p p f ) c 1 2 是一种较好的 催化剂，醇、d m f 作为反应溶剂已经有较多的报道，而d m s o 作为溶剂的相关 报道不多，因此我们选择d m s o 作为溶剂进行进一步的研究，考察反应温度、 时间、碱的用量对反应的影响。 3 1 实验部分 反应瓶中加入对溴甲苯1m m o l ( 0 1 7 9 ) ，d m s o3m l ，p d ( d p p f ) c 1 20 1m m o l ( 0 0 8 曲，氟化铯l m m o l ( 或2 5 、5 、7 5 、1 0 m m 0 1 ) ，在8 0 、1 0 0 、1 2 0 、1 4 0 下搅拌反应，t l c 跟踪。反应结束后加水1 0m l ，乙酸乙酯萃取三次( 3 2 0m e ) ， 合并有机相，水洗( 3 2 0 m l ) ，饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤得到 溶液用g c m s 检测：减压除去溶剂得粗产物，用柱层析分离得纯化产物( 石油醚 或乙酸乙酯：石油醚= 1 ：1 为洗脱剂) ( s c h e m e3 - 1 ) 。 r 审 o h 3 3 2 结果分析 p d ( d p p d c l 2 ，c s f d m s o ，t 9 h 3 i 囝 + i + 囟囟 s c h e m e3 1 表3 - 1 对溴甲苯自偶合反应。 e n t r yt e m p ( ) t i m e ( h ) b a s e ( e q ) p r o d u c t b s u b ：i ：i i ：i i i 18 01 517 9 9 9 7 ：0 2 4 3 ：3 6 3 4 ：15 9 5 5 28 02 5l8 0 1 6 9 ：0 5 7 8 ：5 3 0 4 ：1 2 1 0 l 38 02 555 7 4 0 9 ：0 4 8 2 ：8 。4 7 5 ：3 3 6 3 4 4 l o o1 5 52 9 4 3 l ：1 1 9 1 ：1 9 7 2 6 ：4 9 0 4 7 51 0 022 55 0 0 4 9 ：0 4 1 2 ：7 8 7 7 ：4 1 6 6 2 61 0 0 27 54 3 8 5 3 ：0 11 2 ：5 2 1 0 ：5 0 5 6 8 7 1 0 0 2 514 2 7 4 3 ：4 0 4 0 ：2 2 412 ：3 0 8 0 5 8 1 0 0 2 555 7 7 4 4 ：0 12 4 ：4 8 5 9 ：3 7 2 7 4 9l o o2 5 1 0 4 4 4 2 l ：r a c e ：4 5 4 5 ：5 1 0 3 4 1 01 0 052 56 6 4 9 0 ：0 11 9 ：3 9 9 8 ：2 9 3 9 4 1l1 0 057 54 1 5 3 6 ：0 0 3 3 ：3 4 3 4 ：5 4 7 9 7 1 21 0 0 1 018 2 8 6 7 ：4 2 4 0 ：7 7 2 7 ：5 16 6 1 31 2 01 5l5 4 6 0 9 ：7 4 5 0 ：2 0 0 1 4 ：1 7 9 2 7 1 41 2 01 51 06 8 8 2 5 ：0 15 8 ：4 5 9 5 ：2 6 4 2 2 1 5 1 2 0 2 517 1 6 9 6 ：3 3 2 7 ：11 0 5 6 ：1 3 9 2 1 1 61 2 01 0 10 ：1 1 6 4 6 ：4 3 0 2 6 ：4 2 7 1 5 1 7 。1 2 01 013 3 3 8 3 ：2 2 9 0 ：1 2 3 9 3 ：2 8 1 1 4 1 81 2 01 054 0 5 3 9 ：0 ，7 1 0 ：1 0 2 9 6 ：4 7 6 6 8 1 9 d 1 0 0 1 27 54 9 4 8 83 1 0 8 ：1 4 3 8 4 ：3 3 0 2 0 2 01 4 0 4 47 57 0 0 7 ：0 5 0 6 ：8 2 9 6 ：8 4 1 9 1 2 l c1 4 01 57 50 1 4 9 ：2 8 2 7 ：1 2 5 8 5 ：8 4 4 3 9 。r e a c t i o nc o n d i t i o n s ：a r y lh a l i d e ( 1r e t 0 0 1 ) ，c s f ( 1 、5o r10m m 0 1 ) ，d m s o0m 1 ) ，1 0t o o l o f p d ( d p p f ) c 1 2 bg c m sy i e l d im m o la c o k i n s t e a do f c s f 4s o l v e n ti sd m s o ：h 2 0 = l ：1 es o l v e n ti s d m s o ( 4 m e ) + h 2 0 ( 3d r o p ) 通过对反应温度、时间、碱的用量的考察，可以得出： 1 当温度、时间一定时，增加碱的当量可以促进反应进行，减少副产物的 生成( e n t r i e s2 ，3 ：5 ，6 ；7 ，8 ，9 ；1 0 ，1 1 ：1 3 ，1 4 ；1 6 ，1 8 ) ，说明增加碱 的当量对反应具有促进作用。 2 当将氟化铯改为醋酸钾时，产率也有所下降( e n t r i e s1 6 ，1 7 ) ，这说明 当底物为对溴甲苯时，碱的性质对反应具有明显的影响； 3 当反应温度为1 4 0 ，氟化铯的当量为7 5e q 时，反应4 4h 后发现原料 已经大大减少，而且产物含量明显增高( e n t r y2 0 ) ，说明在碱的当量不变时，在 8 0 1 4 0 这个温度范围内，升高反应温度和延长反应时间可以促进反应进行，提 高反应产率； 4 本文也对水的影响进行了考察，在原来的d m s o 中加入3 滴水时，发现 结果( e n t r y2 1 ) 与e n t r y2 0 相近，但当溶剂改为d m s o ：h 2 0 = l ：1 时，产率下 降( e n t r y1 9 ) ，说明在该反应条件下少量水可以缩短反应时间，促进反应进行，但 1 6 当水较多时却会抑制反应的进行，可能是原料和催化剂在水中的溶解性较差所 致，水对反应速率的影响有待进一步研究。 3 3 本章小结 本章节研究了反应温度、时间、碱的用量对偶联反应的影响，得出： ( 1 ) 碱的用量的变化对反应具有重要影响，目前得出7 5e q 为比较合适， 可以有效地促进反应进行，减少副产物的生成； ( 2 ) 反应温度和时间对反应也有影响，当碱的量为7 5e q 时，在8 0 1 4 0 c 这个温度范围内，增高反应温度，延长反应时间可以促进反应进行，提高产物含 量。在实验过程中，对温度、时间、碱的用量做了正交实验，结果得出碱的用量 的极差最大，对反应影响也最大，温度次之，时间的影响反而最小，这也与我们 的实验结果相符。 至此，我们初步地确定了催化体系，了解了反应所合适的时间、温度及碱的 用量。 1 7 第四章钯催化剂在各种卤代芳烃偶联反应中的应用 由于不同的官能团，对苯环上的卤素产生不同的诱导或共轭效应。我们将得 到的催化体系应用于不同卤代芳烃的偶联反应中，以考察该体系的适用性。 4 1 实验部分 反应瓶中加入卤代芳烃lm m o l ，d m s o3m l ，p d ( d p p f ) c 1 20 1m m o l ( 0 0 8 蓟， 氟化铯( 或三乙胺) l m m o l ( 或2 5 ，5 ，7 5 ，1 0 m m 0 1 ) ，在1 0 0 或1 2 0 c 下搅 拌反应，t l c 跟踪。反应结束后加水1 0m l ，乙酸乙酯萃取三次( 3 2 0m e ) ，合 并有机相，水洗( 3 2 0 m l ) ，饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤得到溶 液用g c - m s 检测；减压除去溶剂得粗产物，用柱层析分离得纯化产物( 石油醚或 乙酸乙酯：石油醚= 1 ：1 为洗脱剂) ( s c h e m e4 1 ) 。 4 2 结果分析 r p d ( d p p o c l 2 ，c s f r x d m s o it r l s c h e m e4 1 袁4 - 1 卤代烃偶合反应。 t a b l e4 - 1h o m o c o u p l i n go f a r y lh a l i d e s 。 e n t r y s u b s t r a t e t e m p t i m eb a s ep r o d u c t b ( ) ( h ) ( e q ) s u b 。：i ：i i ：i lp h b r1 0 057 5 o ：0 ：o ：1 0 0 2 2 - c h 3 p h - b r 1 0 057 5 5 9 4 2 1 ：0 ：7 0 1 2 ：3 3 3 5 0 3 2 - c h 3 - p h - b r 1 2 087 5 3 3 5 1 9 ：0 ：2 6 0 6 ：6 3 8 7 6 4 2 - c h 3 一p h - b r 1 4 04 47 5 0 ：0 0 9 8 ：5 8 7 4 ：9 4 0 2 8 5 4 - c h 3 p h - b r 1 4 04 47 5 7 0 0 7 ：0 5 0 6 ：8 2 9 6 ：8 4 1 9 1 6 4 m e o p h b rl o o5 7 5 7 1 5 3 ：1 5 0 5 ：9 7 2 2 ：1 7 2 4 3 7 4 - m e o p h b r 1 2 0 8 7 5 3 8 7 3 4 ：3 2 9 7 ：1 2 7 0 5 ：4 5 2 6 5 8 4 m e o p h - b r 1 4 04 47 5 4 1 0 4 5 ：2 4 9 9 ：1 2 2 1 2 ：4 4 2 4 4 9 6 4 m e o p h b r1 4 04 47 511 5 8 3 ：o ：4 11 3 ：8 4 3 0 4 1 8 1 0 4 f p h b r 1 2 01 01 0 ：0 ：0 ：1 0 0 112 f p h b r 1 0 0 1 57 50 4 4 8 ：o ：4 4 4 8 ：9 4 2 8 3 1 24 c 1 p h b r1 4 01 57 52 4 8 7 ：o ：1 7 2 3 ：9 5 7 9 0 1 3 4 一c f 3 - p h - b r 1 0 057 51 0 0 1 4 2 - m e o 5 - b r p y 1 0 0 57 55 5 0 3 2 ：o ：3 4 6 8 ：4 0 0 8 9 1 5 2 - m e o 5 b r - p y 1 2 08 7 50 5 2 6 ：o ：7 12 2 ：9 2 3 5 3 1 6 2 - m e - - 5 - b r - p y 1 0 057 56 5 8 7 1 ：0 ：0 ：3 3 1 8 9 1 7 2 - m e - 5 b r - p y 1 2 08 7 51 6 5 6 ：o ：3 3 6 6 ：9 4 9 7 8 1 8 2 b r p y 1 0 05 7 56 2 0 4 4 ：o ：o ：3 7 9 5 6 1 9 2 - b r - p y 1 2 087 5o ：o ：0 ：1 0 0