（有机化学专业论文）苯并咪唑类卡宾钯化合物的合成及其在n芳基化反应中的应用.pdf

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 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者： 秀乒 日期：砷，o 年岁月 1 月 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门 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；本人授权郑州大学 可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文 或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者： 磊扛 日期：矽，o 年岁月j 日 摘要 摘要 在本论文中，合成了三种结构新颖的苯并咪唑类卡宾钯化合物，对所合成 的化合物进行了结构表征，并初步考察了苯并咪唑类卡宾钯化合物在催化_ 芳 基化反应中的应用。此外合成了三种苯并咪唑酮类化合物，并对其结构进行了 表征。主要研究内容如下： 1 以邻苯二胺、甲酸、苄基氯为原料，经过关环、两次亲核取代反应合成了苯 并眯唑卡宾前体1 a 。然后采用原位脱咪唑质子和金属银交换两种方法，以醋酸 钯乙腈氯化钯为钯源分别对1 a 进行钯化反应，得到了三种苯并咪唑类卡宾钯化 合物2 a 、3 a 和4 a ，通过瓜、1 hn m r 、1 3 cn m r 、m s 、元素分析等手段对新化 合物的结构进行了表征，其中3 a 经x 射线单晶衍射进行结构确证。 。n h 乏 一 箐 9 0 j p 箩h h 囝 ， q c p h 1a p d ( o a c ) 2 d m s o 6 0 0 c o ri ) a 9 2 0 。c h 2 c 1 2 ，r t i i ) p d ( c h 3 c n ) 2 c 1 2 ，c h 2 c 1 2 。r t p h i 罗 i t a 、p h 鬲p p h 3 g i 蠢 i p h p h q i 董i 囝 p hp h 2 研究了苯并咪唑类卡宾钯化合物催化的肛芳基化反应。实验得出优化的反应 条件为：苯并咪唑、卤代芳烃和碱投料比为l ：1 2 ：1 4 ，d m s o 为溶剂，t - b u o k 为碱，1i o c 氮气保护下反应2 4 小时。在优化条件下比较了三种苯并咪唑类卡 宾钯化合物的催化活性，其中3 a 的活性较高。使用2t 0 0 1 的催化剂3 a ，苯并 摘要 咪唑与卤代芳烃偶联的产率可达9 8 。 、 恩a 与强国r 3 以苯并咪唑、卤代芳烃为原料，经过两次亲核取代反应合成苯并咪唑盐l b d 。 l b d 在d m f 中回流，得到了苯并咪唑酮类化合物5 b d 。通过i r 、1 hn m r 、”c n m r 等手段对此类新化合物的结构进行了表征，其中l e 、5 c 经x 射线单晶衍 射进行结构确证。化合物5 b d 在生物医学和药理学方面有着潜在应用。 总巍盆 ld 关键词：苯并咪唑；卡宾；钯化合物；- 芳基化反应 q g n 苫叉 妙 5bx = c 5cx = n q ，、 g n 百b 断 5d - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ i - _ _ _ l _ - _ _ - 一 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h r e en e w p a l l a d i u m ( i i ) c o m p l e x e so fc h e l a t i n gb e n z a n n u l a t e d n - h e t e r o c y c l i cc a r b e n ew e r es y n t h e s i z e d a l lt h en e wc o m p o u n d sw e r ef u l l y c h a r a c t e r i z e d t h ec a t a l y t i ca c t i v i t yo ft h ep a l l a d i u m ( i i ) c o m p l e x e so fc h e l a t i n g b e n z a n n u l a t e dn - h e t e r o c y c l i cc a r b e n ei nt h e a r y l a t i o nr e a c t i o no f i m i d a z o l e sw i t h a r y la n dh e t e r o a r y lh a l i d e sw a ss t u d i e d m o r e o v e r , t h r e en e wb e n z i m i d a z o l o n e sw e l i c s y n t h e s i z e da n dc h a r a c t e r i z e d t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h eb e n z i m i d a z o l i u ms a l tl aw a s p r e p a r e d f r o m c o m m e r c i a l l ya v a i l a b l e 1 , 2 - b e n z e n e d i a m i n e 、f o r m i ca c i da n db e n z y lc h l o r i d eb yc l o s i n gr i n gr e a c t i o na n d n u c l e o p h i l i cs u b s t i t u t i o nr e a c t i o n t h e nt h r e en e wp a l l a d i u m ( i i ) c o m p l e x e so f b e n z a n n u l a t e dn - h e t e r o c y c l i cc a r b e n e2 a 、3 aa n d4 aw e r e s u c c e s s f u l l ys y n t h e s i z e db y e l i m i n a t i o np r o t o nr e a c t i o no flaw i t hp d ( o a c ) 2o rp d ( c h 3 c n ) 2 c 1 2 a l lt h en e w c o m p o u n d sw e r ec h a r a c t e r i z e db yi r ，1 hn m r ，1 3 cn m r ，e s i m ss p e c t r aa n d e l e m e n t a la n a l y s i s t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo f3 aw a sf u r t h e rc o n f i r m e db v s i n g l e c r y s t a lx - r a ya n a l y s i s n h 2 h c o o h _ - - - - _ - _ - _ - n h 2 p d ( o a c ) 2 ，k b r - - - - - - - - - d m s o n n h 鹤 i i i p p h 3 - - - - c h 2 c 1 2 i l a p h b r nr - - p d - b r n i p p h 3 l h 3 ，旧n a b s t r a c t ， n c 1 一 n f p h 1a p d ( o a c ) 2 d m s o 。6 0 0 c o ri ) a 9 2 0 。c h 2 c 1 2 r t i i ) p d ( c h 3 c n ) 2 c 1 2 ，c h 2 c 1 2 ，r t 搴 4a 2 a 1 1t h ep a l l a d i u mc o m p l e x e so fb e n z a n n u l a t e dn - h e t e r o c y c l i cc a r b e n eh a v eb e e n s u c c e s s f u l l ye m p l o y e di nn - a r y l a t i o nr e a c t i o no f i m i d a z o l e sw i t ha r y la n dh e t e r o a r y l h a l i d e s t h eo p t i m i z e dr e a c t i o nc o n d i t i o n sw a st - b u o k 髂t h eb a s ei nd m s oa t1 10 o cf o r2 4hu n d e rn 2a t m o s p h e r ew i t ht h em o l eo fr a t i oo fb e n z i m i d a z o l e ，a r y lh a l i d e s a n db a s ei s 1 ：1 2 ：1 4 c o m p o u n d3 aw a sf o u n dt ob et h em o s ta c t i v e b yu s i n g2 m 0 1 o f3 a ，t h ec o u p l e dp r o d u c t so fb e n z i m i d a z o l ew i t ha r y lh a l i d e sc o u l db e o b t a i n e da sh i 曲a s9 8 n n h +x n c a t 厂弋 nx x v n 3 t h ec o m p o u n d sl b - dw e r ep r e p a r e df r o mc o m m e r c i a l l ya v a i l a b l eb e n z i m i d a z o l e b yn u c l e o p h i l i c s u b s t i t u t i o nr e a c t i o nw i t ha r y lh a l i d e s t h e nl b - dg a v et o b e n z i m i d a z o l o n e s5 b - db yo x i d i z e dr e a c t i o ni nd m f t h en e wc o m p o u n d s5 b - dw e r e e h a r a c t e r i z e db yi r 。1 hn m ra n d1 3 cn m r t h em o l e c u l a rs t r u c t u r e so fl ca n d5 c w e r ef u r t h e rc o n f i r m e db ys i n g l e c r y s t a lx r a ya n a l y s i s t h en e wc o m p o u n d s5 b - d h a v ep o t e n t i a la p p l i c a t i o ni nb i o m e d i c i n ea n dp h a r m a c o l o g y i v a b s t r a c t c u l 。b t a k o r b u q 翰 n 蟛n b ld + n a o a c 0 m f 1 2 0 0 c g n 百父 妙 5bx = c 5cx = n n 苫b 研 5 d k e y w o r d s ：b e n z i m i d a z o l e ；c a r b e n e s ；p a l l a d i u mc o m p l e x e s ；n - a r y l a t i o nr e a c t i o n v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章前言t i 1 杂环卡宾的结构及合成方法1 1 1 1n - 杂环卡宾的种类2 1 1 2 - 杂环卡宾的结构和性质2 1 1 3 - 杂环卡宾的合成3 1 2 - 杂环卡宾钯配合物的简介及其合成方法4 l 。2 1 - 杂环卡宾钯配合物的简介4 1 2 2 - 杂环卡宾钯配合物的合成方法7 1 3 肛杂环卡宾金属配合物在有机合成中的应用9 1 3 1 - 杂环卡宾金属配合物在b u c h w a l d h a r t w i g 反应中的应用1 0 1 3 2 - 杂环卡宾金属配合物在其他有机合成反应中的应用1 4 1 4 本论文的设计和思路2 2 参考文献2 4 第二章苯并咪唑类卡宾钯化合物的合成及表征3 0 2 1 苯并咪唑类卡宾钯化合物的合成与表征3 2 2 1 1 苯并咪唑类卡宾钯化合物的合成3 2 2 1 2 苯并咪唑卡宾前体及卡宾钯化合物的表征3 4 2 1 3 晶体结构3 9 2 2 实验部分4 7 2 2 1 仪器与试剂4 7 2 2 2 苯并咪唑的制备。4 8 2 2 31 苄基苯并咪唑的制备4 8 2 2 41 ( 2 吡啶) 苯并咪唑的制备4 8 2 2 5 苯并咪唑盐的制备4 9 2 2 6 卡宾钯化合物3 曩的制备4 9 目录 2 2 7 卡宾钯化合物4 a 的制备4 9 2 2 8 化合物5 b - d 的制备4 9 参考文献5 0 第三章苯并咪唑类卡宾钯化合物催化的- 芳基化反应5 l 3 1n - 芳基化反应条件的筛选5 3 3 2 苯并咪唑类卡宾钯化合物催化的芳基化反应。5 5 3 3 实验部分5 8 3 3 1 苯并咪唑的制备5 8 3 3 2 苯并咪唑的- 芳基化反应5 8 3 4 - 芳基化反应产物的鉴定5 8 参考文献6 1 总结论6 2 附图6 3 致谢7 4 个人简历7 5 在学期间发表的学术论文与研究成果7 5 第一章前言 一一：t 第一章前言 在当前世界的科学发展当中，两门或多门学科的交叉学科和边缘学科越来 越受到人们的重视，成为了许多有重大理论和实践意义的新兴学科，而作为有 机化学与无机化学的交叉学科一金属有机化学的发展已经成为当前有机化学研 究的最为活跃的领域之一。一般将含有金属碳键( m c ) 的有机化合物称为金属有 机化合物。由于这类金属有机化合物独特的结构和成键方式，使其在一些催化 反应中的应用有了飞速的发展。2 0 世纪7 0 年代后期，相继报道的一些新的金属 有机化合物，特别是过渡金属有机化合物，在化学、化工科研和生产中发挥了 重大作用。过渡金属有机化合物作为催化剂具有反应过程简单，条件温和，专 一性高等特性。时至今日，发展高效、新型的过渡金属有机化合物仍是当今有 机化学研究的热点之一。 二十世纪六十年代，f i s c h e r 等人首次将金属卡宾引入到金属有机化学中， 从此金属卡宾作为催化剂在有机化学中得到了广泛应用。对金属卡宾研究较早 的是o e f l e b i 和w a n z l i c k z 】二人，二十世纪七十年代他们首次得到了饱和咪唑啉 卡宾的二聚体，为以后的n 杂环卡宾的发展奠定了基础。不久，他们成功合成 了以- 杂环卡宾为配体的汞、铬金属配合物，但由于当时仅仅局限于稳定的- 杂环卡宾金属配合物的制备，对于实际应用没有进行研究，所以并未引起化学 家们的足够重视。直到19 9 1 年a r d u e n g o 研究小组【3 】有所突破，他们将金刚烷取 代的咪唑盐与n a i l 在含有催化量d m s o 的四氢呋喃溶液中脱去质子，第一次 分离得到稳定的金刚烷型- 杂环卡宾并对其进行了表征之后，从此杂环卡宾 成为了有机化学的研究热点，如火如荼地发展起来。由于杂环卡宾是一种新 型的金属配体，它的性质与伊电子给予体很相似，可以代替一些经典的2 e - 供电 子配体如r 3 n ：r 2 0 ：r 3 p 等，因而又被称为“仿膦配体”。与广泛的膦配体相比， 肛杂环卡宾配体由于具有高稳定性、易修饰性、简便性、多变性、配位金属原 子种类的多样性等特点，不仅广泛应用于有机金属催化反应中【4 1 ，还可扩展、延 伸到许多学科和领域。 1 1n - 杂环卡宾的结构及合成方法 第一章前言 1 1 1n - 杂环卡宾的种类 根据卡宾碳上所连的基团结构不同，通常可以分为杂环卡宾和非杂环卡宾两 类，对于常见的- 杂环卡宾一般有以下四种( f i g 1 1 ) 1 5 】： r 1 n ： n ， r 2 孓1 r 、： n 、n 、 r 2 c y c l i c i m i d a z o l 1 。2 ，3 - t r i a z o l d i a m i n o c a r b e n e s 2 - y l i d e n e s 3 - y l i d e n e s f i g 1 1 孓1 。 n ： n r 2 c h i r a i c a r b e n e s 目前研究最多的是l ，3 二取代咪唑卡宾( i m i d a z o l2 - y l i d e n e s ) ，由于它具有6 电 子5 中心的结构，化学性质比较稳定，常来用作金属催化剂的配体。 1 1 2 肛杂环卡宾的结构和性质 杂环卡宾的氮原子总是处于平面的环境中，且c - n 键的键长比其前体咪 唑盐的c - n 键长稍长一点。- 杂环卡宾的电子结构如f i g 1 2 所示。 f i g 1 2 从上图可以看出卡宾碳原子为矿杂化形式，它的孤对电子处于矿杂化轨道 上，与金属可以形成。键，而相邻两个n 原子p 轨道上的孤对电子通过共轭效应对 卡宾碳原子上空p 轨道起到了给电子作用；同时n 原子上的烷基取代基的推电子 效应也能使其性质更加稳定。为了能更清晰的说明m 杂环卡宾的结构与性质， 2 和n n k i 3 r r 第一章前言 我们以1 9 9 1 年a r d u e n g o 研究小组合成的第一个稳定金刚烷型- 杂环卡宾为例来 介绍卡宾的结构与性质( s c h e m e1 1 ) t 3 1 。这种，- 双( 金刚烷基) 咪唑卡宾在氘代四 氢呋喃中，c o 氛围下即使放置7 年也没有检测出分解的迹象，且其在结晶状态下 加热到2 4 0 也不分解，可见此卡宾的性质是多么的稳定。 ( n a h 厂r h f c a t d m s o ( h 2f+ n a c i s c h e m e1 1 1 1 3 - 杂环卡宾的合成方法 合成- 杂环卡宾的常用方法主要分为两种：唑箱盐强碱去质子化和小分子 脱除。 唑箱盐强碱去质子化是合成稳定卡宾最常用的方法【3 6 1 ，这是由于唑锚类化 合物可以方便地以不同合成途径来制备。经常使用的强碱主要有：n a i l 、n a n h 2 、 k h 、n a o b u 、k 0 7 b u 、k n ( s i m e 3 h 、l i o t b u 等，经常使用的溶剂主要有甲苯、 四氢呋喃、液氨，还可以使用混合溶剂，如液氨与有机胺、液氨与极性非质子 溶剂等1 7 - 8 l 。 另一个合成稳定卡宾的常用方法是脱除一个小分子，这是一种新颖的制备 方法【9 1 0 1 。通常可以脱去的小分子有硫化钾、氯仿、甲醇等( s c h e m e1 2 ) ，脱除 反应通过加热就可以顺利完成，且副产物较少，反应收率也较高。 3 锣 心锣n 一啦 第一章前言 凡一苔氓2 詈即 h c h 3 s 2 k r i 。i - - - - - - - - - - - - _ 2 k 2 s 阶h n c c 1 3 c h o 卧i 女n c c 1 3 +iv 。h 2 u 、 n a o m ep h m e o h 证 s c h e m e1 2 - c h 3 0 h r 2 p h n ： b h 1 2 - 杂环卡宾钯配合物的简介及其合成方法 1 2 1 - 杂环卡宾钯配合物的简介 钯是众多过渡金属中具有卓越催化性能的金属，在有机化学和工业催化中 占据着重要地位，吸引了广大化学家们的兴趣。1 9 9 5 年，h e r r m a n n 研究小组最 早报道的两种卡宾钯催化剂实现了- 杂环卡宾与金属钯的结合，并应用于h e c k 和s u z u k i 偶联反应得到较好的催化效果，开创了使用- 杂环卡宾钯配合物进行 均相催化的先河( f 嘻1 3 ) t 1 1 1 。 i i h 2 c f i g 1 3 4 l l 嚆 ： c，nn 页 吣 吣 h ，h竺啦 肌n 净n 巩 页 蛇 啦 h h 芦i s 心声 c n n h h + h ： hp，nnb ， _ ， 、n p洳z，p ， 、 、n hp 第一章前言 2 0 0 1 年，g a v e l l 研究小组合成了咪唑型卡宾与杂原子的混合单齿、双齿 及三齿配体，通过卡宾转移反应，由银络合物得到了一系列钯络合物。并将其 应用于催化h e c k 反应和s u z u k i 反应，催化活性比较高( f i g 1 4 ) 。 闩 + 一： ：艘tci-pd-c叱 c 黔仑： 0 世7 、 c h 3 p d ：2 b w n 丫n 、 c i - p d m e 、n 人n 一 卢弋 p d 喜 f i g 1 4 2 0 0 2 年g a v e l l 1 3 】又报道了一种新型吡啶连的双卡宾钳形配体及其双核a g ( i ) 和单核p d ( i i ) 络合物( f i g 1 5 ) 。由两个卡宾的孤对电子作为受体与两个银原子配 位，形成了双核的a g ( i ) 络合物，而钯是与两对卡宾孤电子受体和吡啶上n 原子 配位，形成单核的钳形卡宾钯配合物，后者在h e c k 偶联反应中表现出良好的催 化活性。 a 9 2 0 p d c i x l 2 a + ( a g c a r b e n e ) 22 b f 4 = 祗再，g b f 4 u m u - r t 2 b r f i g 1 5 5 b f 4 1 铲嗣麓 1 ) 舫一蕊 腻剃 ，- 一 = = 憩一 芯 第一章前言 2 0 0 8 年，四川大学化学学院罗美明课题组【1 4 1 报道了一类新型的咪唑类卡宾 金属配合物( f i g 1 6 ) ，这是基- 于2 0 0 1 年p c r i s 等【1 5 1 , 币- i 2 0 0 7 年m o s e r 掣1 6 1 报道的配体 基础上进行改造设计，并应用于s u z u k i m i y a u r a 催化应用研究，表现出良好的催 化活性。 广、n 1 睁神 阜：9 ( ”o i r r r = b e n z y l r = n b u t y l r = 2 4 6 一t r i m e t h y l b e n z y l 2 0 1 0 年，w h i t t l e s e y 研究组首次巧妙地将- 杂环卡宾钯化合物a c o 、s 0 2 结合在一起，合成出催化性能较高的催化剂( f 培1 7 ) 1 7 1 。 、 f i g 1 7 n o l a n 1 8 - 2 5 t g o r g a n 2 6 - 2 7 d 、组在- 杂环卡宾钯配合物方面做出了杰出工作，合 成了一系列活性较高的卡宾钯催化剂( f i g 1 8 ) 。 6 刚k r 尺鞑杏 懈人 扩譬o 一 刚少，8 rd以 r o1-矿一斗爸 r o o c 一 碰 一 ， 、r n c刚 r ，p n t ， 一 口旷c 第一章前言 r = r 勺v p h 甲夸 c 攫d f i g 1 8 1 2 2 - 杂环卡宾钯配合物的合成方法 目前常用的- 杂环卡宾钯配合物的合成方法主要有三种：( a ) 咪唑盐原位脱 质子与钯化合物反应；( b ) 自由的卡宾与钯化合物反应；( c ) 金属交换法。 ( a ) 咪唑盐中的碱性阴离子和钯化合物中含有的碱性阴离子( 醋酸盐或乙酰丙酮 盐) 都可以通过原位脱咪唑盐c 2 位活泼质子而得到杂环卡宾钯配合物( s c h e m e 1 3 ) 。这种方法主要适用于卡宾不易分离的情况。反应溶剂常用四氢呋喃、二甲 亚砜、乙腈等，其中对于氮原子上具有较大的取代基时，用二甲亚砜做溶剂可 以大大提高反应收掣2 8 0 2 1 。 7 第一章前言 、c 置型塑骘2 i 2 与- ，c h 3 d m s o 以上反应原位脱咪唑质子时都没有外加碱，而对于有空间位阻或对温度敏 感的咪唑盐，需要在反应中外加如n a i l ，k h ，n a o b u ，k o b u ，k n ( s i m e 3 ) 2 ， l i o b u 等碱通过一锅反应来合成卡宾钯配合物。 另外苯并咪唑、咪唑啉、三唑等卡宾前体都可以通过与钯化合物原位分解 生成含- 杂环卡宾的钯配合物( s c h 锄e1 4 ) f 3 3 】。 q ，一一c 。蝴 t h f ，d m s o 1 铲i1 71 ( b ) 自由的卡宾与钯化合物反应 这种方法是合成杂环卡宾钯配合物最通用、最直接的方法，但其只使用 于稳定的卡宾，对于不稳定而不能分离的卡宾是不能用这种方法制备卡宾钯配 合物的( s c h e m e1 5 ) 【3 4 - 3 5 1 。 幻詈樽 ( c ) 金属交换法 1 9 9 8 年l i n 和w a n g 报道了采用金属银交换法合成- 杂环卡宾钯配合物3 6 1 。这 种方法是由咪唑盐与氧化银在避光条件下，二氯甲烷溶液中反应生成卡宾银络 合物，不需分离，直接与金属试剂如钯、铜、钌等反应，生成的不溶性物质溴 8 恰 第一章前亩 化银会促使反应不断向右进行，从而将卡宾配体转移，得到新的金属卡宾配合 物( s c h e m e1 6 ) t 3 7 - 3 引。 p 等 e t e t a g 弋 e t 8 i 您a - - 尸i p d ( m e c n ) 2 c 1 2 s c h e m e1 6 a u ( s m e 2 ) c i 囝 e ，t 柚r 2 0 0 3 年y o u n g s 【3 9 】研究小组通过金属交换法，先由咪唑盐与a 9 2 0 反应得到 双核的a g ( i ) 络合物，然后再与金属盐反应得到了n h c p d 配合物和n h c r h 配 合物( s c h e m e1 7 ) 。 恻i i 强 ( p h c n ) 2 p d c l 2 - 2 a g o r h ( c o 卜d ) c 生2胁 c i ( d o c ) r h 如啦r h ( c o d ) c i 弋! ll ! 广 s c h e m e1 7 这种方法看似复杂但比较实用，且反应收率较高，不足之处是卡宾银络合物见 光容易分解，应予以注意。 1 3 - 杂环卡宾金属配合物在有机合成中的应用 由于- 杂环卡宾对水、空气比较稳定，同时通过对卡宾l ，3 位氮原子上手性 取代基的调节，使其可以进行不对称催化反应，还可以通过固载在有机、无机 载体上进行非均相催化反应等。近年来以- 杂环卡宾为配体的金属配合物催化 反应逐渐活跃起来。2 0 0 1 年中科院上海有机化学研究所麻生明课题组综述了近 9 第一章前言 几年来以杂环卡宾为配体的金属络合物催化有机合成的反应，指出可以催化 的反应可以分为三大类：偶联反应、烯烃的复分解反应和硅氢化反应 4 0 】。由于 偶联反应是形成碳碳键、碳一杂原子键的一种重要方法，一直是人们研究的热点。 - 杂环卡宾金属配合物催化的偶联反应主要有b u c h w a l d h a r t w i g 反应、s u z u k i 反应、h e c k 反应、s o n o g a s h i r a 反应、k u m a d a 反应、s t i l l e 反应、n e 百s h i 反应 矗宣 专宇o 1 3 1 - 杂环卡宾金属配合物在b u c h w a l d h a r t w i g 豆应中的应用 芳基c - n 键广泛存在于具有生物活性的药物中，且- 芳基杂环类化合物被广 泛用作药物、染料、杀虫剂，因此含有c n 化合物的合成一直是化学家们研究的 课题之一。近年来对过渡金属催化形成c n 键的研究发展很迅速，其中钯相比铜 和镍等其他过渡金属具有较好的催化活性，所以有关钯催化的形成c - n 键的研究 获得了广泛的关注。 1 9 8 3 年k o s u g i 等最早发现的芳胺化反应是由p d ( i i ) 的络合物催化溴代芳烃 与三丁基锡胺生成芳香胺【4 1 1 。但该反应适用有限，只适用于仲胺，其他胺及芳 基碘化物、氯化物都不能发生此反应，且对湿度比较敏感。1 9 9 4 年，h a r t w i g 和 p o u l 的研究实现了含有烷氧羰基、烷氧基的溴代芳烃和仲胺的偶联，但此方法由 于锡试剂的毒性大以及由此引起的后处理、分离等方面的不便而未被广泛应用 心】。后来b u c h w a l d 和h a r t w i g 同时发现在碱性条件下用其他的胺化物代替锡胺， 钯催化卤代芳烃成功得到了芳胺。此方法确定了碱存在下卤代芳烃和胺的催化 偶联这一基本要素1 4 引。 早期用于催化卤代芳烃与胺的芳胺化反应的常用配体多为膦配体，分为单 膦配体和多膦配体( f i g 1 9 ) 。它们与金属化合物形成的络合物具有较高的催化活 性。 1 0 第一章前言 r 1 r 3 p p h 2 p p h 2 b i n a p 瓠p p h 2 f e , 7 1 p p h 2 d p p f x a n p h o s 寥p ( b u t ) 2 f e , 留p ( b u - t ) 2 o 霹2 b d p e p h o s 菇：- 1 ) 2 f i g 1 9 其中双齿二膦配体b i n a p 是b u c h w a l d h a r t w i g 反应中应用比较广泛的一种 配体，它与p d 2 ( d b a ) 3 的络合物能很好地催化伯胺和溴代芳烃的偶联反应，无论电 中性、缺电性，还是邻位有取代基的富电子溴代芳烃都可以成功地与伯胺发生 偶联m j ，且生成的芳烃副产物较少，主要是由于b i n a p 能有效地减少伊h 消除， 但它的价格比较昂贵，对于大规模合成具有一定的局限性；x a n p h o s 与醋酸钯体 系对于溴代芳烃和苯胺的偶联也适用，但对于链状仲胺催化效果不好m ： d p e p h o s 是一种比较便宜的配体，这就使大规模催化芳胺成为了可能【删；二膦 配体d p p f 与钯的络合物也能催化脂肪伯胺及甲基苯胺和缺电子芳烃的偶联反 应，另外此催化体系还能高效的催化眯唑、苯并咪唑、吲哚、咔唑等- 杂环类 化合物和溴代芳烃的偶蒯4 引。 - 杂环卡宾是另一类重要配体，h a r t w i g 研究小组在2 0 0 0 年发现可以用卡宾 与醋酸钯在室温条件下就能实现氯代吡啶和仲胺的偶联，开创了氯代吡啶与胺 室温偶联的先河【4 9 1 ，为制备胺吡啶这种重要的化合物提供了一个不错的途径。 2 0 0 2 年v i c i u d x 组用_ 杂环卡宾与乙腈氯化钯的二聚体能使氯吡啶与仲胺在短时 间内发生偶联，只需一小时就能顺利地反应，且能达到8 4 的收率( s c h e m e 吁白 第一章前言 1 8 ) 【5 0 】。 g eo h 0 5 m 0 1 p d ( i p r ) c 1 2 2 d m e ，8 0 0 c 1 h s c h e m e1 8 p o 2 0 0 4 年，o z d e m i r a d 、组报道了一类结构新颖、性质稳定的- 杂环卡宾钯化合 物，并初步考察了其在氯代芳烃与伯胺芳胺化反应中的催化性能1 5 。以离子液 体( 1 甲基3 丁基咪唑啉的四氟硼酸盐) 为溶剂，叔丁醇钾为碱，5 0 c 条件下，反 应收率可达9 5 ，其中催化剂3 的效果较好( s c h e m e1 9 ) 。 ( r 精巾r嘞r 印r 2 。r 一= c r 、i h l 2 c 6 i h l 2 ( o m 、e ) q 3 - 3 4 盘，5 ：r r ：= r r _ = c c h h 2 2 c c h h 2 2 0 p h c h 3 3 阽洲2 c 6 h 2 ( m e ) 3 。3 4 ，6 ；三磷粥苫焉r i - c h 2 c h 2 p h o - 兮呲等等岔n h 旬 2 0 0 8 年，o r g a n 等研究小组用合成出的p d p e p p s i 催化氯代芳烃或溴代芳烃 与苯胺的偶联反应，发现无论是电中性、缺电性还是邻位带有取代基的富电子 芳烃都能很好的与苯胺发生偶联( s c h e m e1 1 0 ) 。 1 2 第一章前言 c b + ( o ) h p d p e p p s lc o m p l e x e s 7 10 ( 2m 0 1 1 - - - - - - - - - 1 5e q u i vb a s e s o l v e n t ，2 4 h 5 0 0 c o p 小p e p p s i l e t p d p e p p s ! i p r 8 9 s c h e m e1 1 0 p d - p e p p s i s i p r 1 0 2 0 0 9 年p l e n i o 等人在配体1 的基础上进行了改造，合成出新的配体，继而与 【p d c l ( a l l y l ) 2 、【p d c l ( e i n n a m y l ) 2 反应生成了催化活性更高的卡宾钯化合物1 l 、1 2 _ ；g l1 3 ( f i g 1 1 0 ) 【5 2 】。 c y z n c y 2 c y 2 1 3 f i g 1 1 0 p h 1 2 2 对于芳基氯化物及溴化物的胺化反应，使用m ，一二取代的咪唑卡宾钯，其 1 3 0 p a闩丫苡 攫l h 第一章前言 催化活性大大优于有机膦配体。由此可以证实，利用- 杂环卡宾作为配体与金 属钯的配合物催化芳胺化反应，应该是一个不错的选择，越来越受到人们的青 睐。 1 3 2 - 杂环卡宾金属配合物在其他有机合成反应中的应用 1 - 杂环卡宾金属配合物在s u z u k i 反应中的应用 2 0 0 9 年，g h o s h 等利用最新合成的- 杂环卡宾钯配合物，在碱性条件下 ( k 2 c 0 3 ，9 0 ，1 2h ) ，以乙腈为溶剂，催化芳基溴代物与苯基硼酸的反应，高产 率的得到了二芳基化合物( s c h 锄e1 1 1 ) 【5 3 】。 r 研+ 即嘞杀p 旬 。弋 r ( 知肇r = i - p r , c h 2 p h r o 1 4 s c h e m e1 1 1 2 - 杂环卡宾金属配合物在h e c k 反应中的应用 h a h n 研究小组合成出的新型c n c 、p c p 钳形卡宾钯化合物可以高效的催化 h e c k 反j 立 5 4 - 5 5 ( s c h e m em 2 ) 。 1 4 第一章前言 r b r + 旷 。 誊b 尸 r = m e e t 。n - p r n - b u c a t d m f 。n a 2 c o a s c h e m e1 1 2 r 3 - 杂环卡宾金属配合物在k u m u d a 反应中的应用 1 9 7 5 年m u r a h a s h i 第一次报道了钯催化的k u m u d a 偶联反应，但对于活性比较 低的芳基氯化物的k u m u d a 偶联反应还没有5 6 1 。2 0 0 0 年h e m n a n n 等人用卡宾镍化 合物室温催化芳基氯的k u m u d a 反应，可高效的得到二芳基化合物( s c h e m e 1 1 3 ) 【5 7 】。 岫m g 。c h 3 t h f , 一2 5 。c o c h a 4 - 杂环卡宾金属配合物在s o n o g a s h i r a 反应中的应用 2 0 0 9 年，g h o s h 最新合成了一系列新型卡宾钯化合物。以碳酸铯为碱，在混 合溶剂( d m f ：h 2 0 = 3 ：1 ) 中，1 0 0 下催化s o n o g a s h i m 反应，该类卡宾钯化合物表 现出良好的催化活性，只需一小时，反应收率可达9 9 ( s c h e n l e1 1 4 ) t 5 引。 1 5 一b 2 r n 卜n l 1 第一章前言 罨 ( 糟一囝 r 1 r l = i p r ，r 2 = 2 。6 - i p r 2 c 6 h 3 r l = m e s i t y l ，r 2 = c 6 h 5 r 2 c a t c s 2 c 0 3 d m f h 2 0 ，10 0 0 c ，1h 1 8 r i = h ，c o c h 3 ，o c h 3 c h 3 ，c h o c n n 0 2 r 2 = h ，n m e 2 x = b r 1 s c h e m e1 1 4 娥 2 x 5 - 杂环卡宾金属配合物在s t i l l e 反应中的应用 1 9 8 6 年，s t i l l e 首次报道了钯催化的s t i l l e 型偶联反应。由于有机锡试剂对水 和空气都比较稳定，而且有非常好的相溶性，使得s t i l l e 型偶联反应应用于许多 有机化合物的合成中。从2 0 0 1 年起，n o l a n 课题组先后合成了一系列卡宾钯催化 剂，并用于催化芳基氯、芳基溴与芳基锡和乙烯基锡的s t i l l e 偶联反应，均取得 了良好的结果( s c h e m e1 1 5 ) 【5 9 - 6 0 。 3 p d ( o a c ) 2 3 l h c i x = c i b r r 1 - r = p m e h , v i n n b y i u l h c i 2 e q u i v t b a f d i o x a n e t h f 厅，瞎 c i s c h e m e1 1 5 1 6 r ： k 乞= p r 氏 第一章前言 6 - 杂环卡宾金属配合物在酮的0 【芳基化反应中的应用 n o l a n 在2 0 0 6 年报道了利用新合成的催化剂( i