（有机化学专业论文）胺为配体促进钯催化交叉偶联反应的研究.pdf

l 鼻； 1 、 下 摘要 钯催化末端炔烃与卤代芳烃的s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应以及 有机硼试剂与卤代芳烃的s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应都是构建碳 碳键的重要反应。本论文主要研究了含氮化合物例如胺和嘧啶类化合 物作为配体在钯催化交叉偶联反应中的应用，具体内容如下： 1 醋酸钯d a b c o 作为一种廉价高效的催化体系应用于芳基卤与末 端炔烃之间的偶联反应研究。醋酸钯和d a b c o ( 三亚乙基二胺) 可 以形成一种非常优异的催化剂，这种催化剂对不同的碘代芳烃和连有 吸电子的溴代芳烃的s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应的t o n s ( t o n s = 反 应底物量催化剂用量) 非常高( 对硝基碘苯与苯乙炔的t o n s 达到 7 2 0o o o ) 。 2 2 氨基4 ，6 二羟基嘧啶作为一种廉价高效的配体应用于芳基卤与 末端炔烃之间的偶联反应的研究。醋酸钯和2 氨基4 ，6 二羟基嘧啶 可以形成一种非常优异的催化体系，这种催化体系可以使反应活性很 小的带有供电子的溴代芳烃与末端炔烃很好的发生反应。 3 醋酸钯2 氨基4 ，6 二羟基嘧啶作为一种廉价高效的催化体系应用 于芳基卤与芳基硼酸之间的交叉偶联反应，3m 0 1 的醋酸钯和6 m 0 1 的2 氨基4 ，6 二羟基嘧啶可形成一种非常优异的催化剂体系， 通过实验发现这种催化体系可以很好的催化不同的芳基卤( 芳基碘、 芳基溴和芳基氯) 和苯硼酸的s u z u l ( i - m i y a u r a 交叉偶联反应。同时， 这种催化体系还可以达到很高的催化效率( 碘苯和苯硼酸的催化效率 甚至可以达到1o o oo o o ) 。 关键词：钯，配体，交叉偶联反应，催化效率 a b s t r a c t p a l l a d i u m c a t a l y z e ds o n o g a s h i r ac r o s s - c o u p l i n g r e a c t i o n s o f t e 姗i n a la u ( y n e sw i t ha 叮1h a l i d e sa i l ds u z u l ( i m i y a u r ac r o s s - c o u p l i n g r e a c t i o no fa r y lh a l i d e sw i mo r g a n o b o r o n i ca c i d sh a v eb e e nr e c o g n i z e da s 盖 m ei m p 。r t a n tm e t h 。d sf o rt h ef o n n a t i 。n 。fc a r b o n c a r b o nb 。n d s t h e c o n t e n t so ft h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yi n c l u d em eu s eo fi l i t r o g e n c o n t a i n i i l g c o m p o u n d ss u c ha s 锄i n e sa n dp y r i m i d i n e sa sl i g a i l d sf o rm ep a l l a d i u m c a t a l y z e dc r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o n s 1 a ni n e x p e n s i v ea n dh i g h l ye m c i e n tp d ( o a c ) 2 d a b c 0c a t a l 舛i c s y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e df o rm es o n o g a s h i r ac o u p l i n g sb e t 、v e e na r y l h a l i d e sa n dt e r m i n a la l k y n e s ac o m b i n a t i o no fp d ( o a c ) 2a n dd a b c 0 ( 仃i e t h y l e n e d i a m i n e ) w a so b s e r v e dt of o m a ne x c e l l e n tc a t a l y t i cs y s t e m ， w h i c ha f f o r d sh i g ht o n s ( t u m o v e r n u m b e r s ，u pt o7 2 0 0 0 0t o n s f o rm e r e a c t i o no fp - n i t r o i o d o p h e na n dp h e n y l a c e t y l e n e ) f o rt h es o n o g a s h i r a c r o s s c o u p l i n g so fa 眄li o d i d e sa n dt e r m i n a la u ( y n e s 2 a ne f j e i c i e n ta i l dc o p p e r - 仃e es o n o g a s h i r ac r o s s c o u p l i n gr e a c t i o n c a t a l y z e db ym ep d ( o a c ) 2 p y r i m i d i n e sc a t a l y t i cs y s t e m h a sb e e n ，：d e s c 抽e d a 呵1 i 。d i d e s a i l dt h ea c t i v a t e d 哪lb r 。m i n ec 。u p l e dw i m t e r m i n a l a l k y n e sw e r ec o n d u c t e ds m o o m l yi nm o d e r a t et o e x c e l l e n t y i e l d su s i n gp d ( 0 a c ) 2a n d2 一a m i n o p y r i m i d i n e 一4 ，6 一d i o la st h ec a t a l y t i c s y s t e m 3 2 一a m i n o p y r i m i d i n e - 4 ，6 一d i o lw a sf o u n da sas t a 【b l e a i l de 伍c i e n t i i l i g a n d f o rt h e s u z u l ( i m i y a u r ac r o s s c o u p l i n g s o fa 巧lh a l i d e s 惭t h a 珂l b o r o n i ca c i d s i nt h ep r e s e n c eo f3m o l o fp d ( 0 a c ) 2a n d 6m o l o f2 一a m i n o p y r i m i d i n e - 4 ，6 一d i o l ，av a r i e t yo fa r x ( x = i ，b r ，a n dc 1 ) w e r e c o u p l e dw i t ha r y l b o r o n i c a c i d se f j e i c i e n t l yt oo 丘色rt h e c o r r e s p o n d i n g d e s i r e dp r o d u c t si nm o d e r a t et oe x c e l l e n ty i e l d s m o r e o v e r ，h i g ht o n s ( t u r n o v e rn u m b e r s ，t o n su pt o 10 0 00 0 0f o rt 1 1 er e a c t i o no fi o d o b e n z e n e w i t hp h e n y l b o r o n i ca c i d ) f - 0 rt h ep a l l a d i u m - c a t a l y z e ds u z u k i m i y a u r a c r o s s c o u p l i n g sw e r eo b s e r v e d k e y w o r d ：p a l l a d i u m ，l i g a n d ，c r o s s c o u p l i n g r e a c t i o n ， c a t a l y t i c e 伍c i e n c y i i i j 、 p 、一 氏 、 胺为配体促进钯催化交叉偶联反应的研究 第一章钯催化的s o n o g a s h i r a 和s u z u k i 。m i y a u r a 交叉偶联反 应的研究进展 c h a p t e r1p r o g r e s si nt h ep a l l a d i u m c a t a l y z e ds o n o g a s h i r a a n ds u z u k i m i y a u r ac r o s s c o u p l i n gr e a c t i o n s 摘要：s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应和s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应已 经成为有机合成化学中构建c c 键最重要的方法之一。这种反应所需 的条件较为温和，反应速度较快，选择性高，因此在有机合成中得到 了广泛应用。本章综述了s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应和s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应近年来的最新进展。 关键词：s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应，s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应， 钯，有机硼试剂，配体，炔烃 a b s t r a c t ：t h es o n o g a s h i r aa n ds u z u k i - m i y a u r ac r o s s c o u p l i n gr e a c t i o n s a r et h em o s ti m po r t a n tm o t h e d sf o rc o n s m l c t i n gt h ec cb o n d si no r g a n i c s y n t h e s i s ，w h i c ha r ew i d e l yu s e di no r g a n i cs y n t h e s i sd u et ot h e i rm i l d - c o n d i t i o n s ， r 印i d r a t ea n d h i g hs e l e c t i v i t y r e c e n tp r o 伊e s si nm e p a n a d i u m - c a t a l y z e d b o t h s o n o g a s h i r ac r o s s c o u p l i n g r e a c t i o na n d s u z u l ( i m i y a u r ac r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o na r er e v i e w e di nt h i sc h a p t e r k e y w o r d s ： s o n o g a s h i r ac r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o n ，s u z u l ( i m i y a u r a c r o s s c o u p l i n gr e a c t i o n ，p a l l a d i u m ，o r g a n o b o r o n i cr e a g e n t ，l i g a n d ，a 墩y n e 硕士学位论文 1 1 钯催化的s o n o g a s h ir a 交叉偶联反应的介绍 s o n a g a s h i r a 交叉偶联反应是过度金属催化交叉偶联反应的一种 重要类型的反应 。它是指卤代烃和末端炔及其衍生物之间的一种 反应类型。这种反应通常用钯作为催化剂，同时还加上一些金属助 催化剂( 例如碘化亚铜) ，用胺作碱中和反应中产生的卤化氢。通常 还需要加一些含膦配体来提高催化效率【2 】o r x + 三三_ r x = i ，b r ，c l r = a r y l ，v l n y l c a t i p d ，c u 】 b a s e 斗1 x r r ( 1 1 ) s o n a g a s l l i r a 交叉偶联反应的活性随着卤代芳烃的不同而具有差 异【3 1 ，总体来说反应活性的大小为：a 卜i a 卜b r 心c l 。当然卤代芳 烃和末端炔烃连有不同的基团对其反应活性也有影响，一般是连有吸 电子基团的底物比连有供电子基团的底物的反应活性要高一些。 s o n a g a s h i r a 交叉偶联反应是形成c c 键的一种重要反应类型， 近年来，这种反应常常被用来合成一些重要的天然产物。利用这种反 应许多药物中间体可以较轻易地被合成，它为合成化学开辟了一条简 洁、高效的途径。这种反应通常有以下几种体系： 1 2 钯作为催化剂，碘化亚铜用作助催化剂 在s o n a g a s h i r a 交叉偶联反应中，对于反应活性较高的碘代芳烃， 可以用钯作催化剂，在室温下就可以顺利的完成。而对于溴代芳烃， 甚至反应活性更低的氯代芳烃而言，直接用钯为催化剂很难反应。如 果在反应中加入催化量的碘化亚铜，同时提高反应的温度则反应也可 j a p 胺为配体促进钯催化交叉偶联反应的研究 以很好的完成。 o h 3 p d c l 2 c u l ，p p h 3 ， e t 2 n h o 3 ( 1 2 ) b u 最开始都是用一些最简单的钯化合物和碘化亚铜来催化这种 反应，这种催化体系的产率相对来说比较低，后来发现用一些结构 比较复杂的钯化合物和碘化亚铜来催化这种反应【5 】，产率可以得到明 显提高，并且反应条件温和，甚至在室温下即可完成反应。例如， r o b e r t 等提出了一种含氮杂环的钯化合物和碘化亚铜的催化体系就 能很好的催化这种反应【6 】o 。 p p h 3 ( 1m o i ) h 了r i 霎要l _ 若毛翼磐a ，一r ( 1 3 ) e t 3 n ( 1 2e q u i v ) 1 = i ，b r )d m f ，r t ( o r8 0 ) q 坷 c a t a i y s t 2 气 c h 气 随着研究的深入在这种催化体系中还可以一步合成杂环化合物 【7 】，这样就大大丰富了s o n a g a s h 油交叉偶联反应的合成意义。 以h 2 + 式h p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 ，c u l t h f 。8 0 a p h ( ， 虽然碘化亚铜在s o n a g a s h 妇交叉偶联反应中可以用作助催化剂， 但是同时碘化亚铜又可以促使g l a s e r 偶联反应【8 ，9 1 ，为了消除反应中 的副反应g l a s e r 反应，提高原料的利用率，那么就必须在反应中应尽 il。 硕士学位论文 量少用或不用碘化亚铜作为助催化剂。最近有大量文献报道不用碘化 亚铜作助催化剂，这些报道中一般都用胺( 例如吡啶，三乙胺等) 即 作为溶剂又作碱 1 0 】。 1 3 无需铜盐作为助催化剂的反应体系 1 3 1 直接用钯的化合物为催化剂的反应体系 n i c h o l a s 等【l l 】用p d ( p p h 3 ) 2 c 1 2 或p d c l 2 为催化剂，不需要加铜盐就 可以很好地完成反应，这种反应体系避免使用碘化亚铜，这样就消除 了g l a s e r 偶合反应，进而大大提高了原料了利用率。 m e o ”一h 蒜慧 r l 一罟 一叫俩， r 沪r c 这种反应速度很快，只需要1 0 一2 0 分钟便可以使反应完成，同时 可以得到很高的产率( 7 0 。9 9 ) ，但是这种催化体系只对碘代芳烃及 其衍生物和活泼的溴代芳烃( 对硝基溴苯) 有较好的催化作用。这种 反应体系中如果把有机碱改为无机碱( 如：碳酸钠和氢氧化钾等) 则 不能进行反应。他们对这种反应体系还进行了深入的研究，发现把 p d ( p p h 2 ) 2 c 1 2 改为醋酸钯或则是钯碳反应也不能发生，甚至是在醋酸 钯或钯碳中加入三苯基膦，反应同样不能发生。随着对无需铜盐的 反应体系的研究，后来又发现了在发生s o n a g a s h 蛔交叉偶联反应的 同时还可以在分子中插入羰基以增长碳钭1 2 1 。 胺为配体促进钯催化交叉偶联反应的研究 r 毛三 _ h+ x a r y i p d c l 2 ( 5 ) ，p p h 3 ( 10 ) e 1 3 n 。c o h 2 0 。2 5 o i i r 导c a r y i ( 1 - 7 ) 直接用钯的化合物为催化剂的s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应还很 多。a l a m i 等就报道了直接用钯化合物( 见结构式1 1 ) 催化的s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应，直接用【p d 卜b u 2 p c h 2 n ( c h 2 p h ) c h 2 一p t b u 2 ) - ( 0 a c ) 2 】作催化剂来催化s o n a g a s h i r a 交叉偶联反应，这种催化体系不 但可以使活性比较低的氯代芳烃和末端炔发生反应，而且产率很高， 更重要的是它的催化效率很高，t o n s 可以达到7 lo o o 。 战： b u f - b uk b u 1 3 2 用含膦配体的钯作为催化剂的反应体系 用2m m o l 的胺作碱在d ( n n 二甲基甲酰胺) 中用 p d p ( f b u ) 3 】2 可以很好地催化s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应【14 1 ，它不需要 其它的配体，但是这种催化体系只适应于反应活性较大的碘代芳烃和 连有吸电子基团的溴代芳烃，而对于连有供电子基团的溴代芳烃，则 反应就很难发生。在用过渡金属作为催化剂的有机反应中通常需要催 化量的配体来提高其催化效率，例如钯催化的s o n a g a s h i r a 交叉偶联 反应中通常就会用到一些含膦配体。心a s h 等用烯丙基型的钯催化剂 ( 舢l y l p d c l 2 ) 和p m b u ) 3 来提供钯催化s o n a g a s h 昀交叉偶联反应不 气 硕士学位论文 但使连有吸电子基团的溴代芳烃能很好的反应【1 5 】，而且可以使供电子 基团的溴代芳烃也能顺利地完成反应，并且可以得到很高的产率： r 一+ b r a 扯丝竺塑竺生 卜r a r y 8 ) c h 3 c n ，p i p e n d i n e0 rd a b c o r t ( 7 9 一9 9 ) 这类反应不但不需要碘化亚铜，而且不需要加热直接在室温下就 可以顺利的完成，在反应过程中发现用伯胺和叔胺作碱或者用碳酸 铯，都能很好地进行反应，而用具有较大位阻的胺作碱反应时间则更 短；对于溶剂，这种体系的适应性更强，从极性很小的甲苯到极性很 大的乙醇都能使反应完全进行。表( 1 1 ) 列出了不同活性的底物的 一些反应情况： 表1 1 不同底物和炔烃的反应 他们对于这种催化体系的s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应还提出了它 们的反应机理( 图1 一1 ) 。 6 胺为配体促进钯催化交叉偶联反应的研究 胺在反应中可以用来作溶剂，也可以用来作碱消除反应中产生的 卤化氢，进而促进反应的进程，因此在这种反应中经常用到胺。但是 这些胺的价格一般比较贵，并且它还会给环境带来很大的影响，从经 济和环保的角度来考虑的话，在反应中应避免使用胺。 d ： r 弋a r y i j r p c 卜bu ，。 气 ， 广l p _ 。鼬b 书帅旧r 。一血b ：j ，s b r p 暑端了? 3 r p ? 。a r y f j 。 5 e l 雪骘了? 。一r l = b a s e 。s 0 i v e n t 0ra c e t v i e n e 图1 1 1 4 无胺无铜条件下的s o n a g a s h i r a 交叉偶联反应 这类反应体系在最近几年才开始研究出来，开始是用钯和含有 杂原子的有机化合物形成配合物后再来催化s o n a g a s h i r a 交叉偶联反 应的，但随着研究的深入，用比较简单的三苯基膦氯化钯也能反应， d i e g o 等提出了无铜、无胺的反应体系【1 6 】，并且它还不需要加其它的 助催化剂和配体。 硕士学位论文 p 键 9 6 h 4 一p c i r 一 旦! ：- 分x + r 一= 罴r 舻州。， 。妙r 一面瓦素二r 足扩一艮a 。 这种催化体系对s o n a g a s h i r a 交叉偶联反应是十分有效的，它不 但可以得到很高的产率，而且适应于各种碘代和溴代芳烃，不过这种 催化体系也有其不足之处，那就是反应需要加热。后来发现用二茂 ( 络) 铁型的钯催化剂来催化这种反应可以避免用铜盐【1 7 】，同时也可 以不用胺作配体或碱。这种钯催化剂的结构如下： g 茕笋h f e n 厂a 1 7 c l d h 2 1 5 其它体系的s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应 1 5 1 可循环利用的催化体系 s o n g 和f i l i c h e v 等分别提出了一种可以循环利用的催化体系【1 8 】， 他们用( b i s i m i d a z o l e ) p d 瞰e ) c l 为催化剂，用一种离子液体例如 b i m i m p f 6 为溶剂。这种体系的反应一般用有机碱d i e a ( 二异丙基 乙胺) 或哌啶，可以取得很好的效果，而用无机碱碳酸钾，碳酸铯等 则对反应会产生很大的惰性。其实这种可循环利用的催化体系在以前 胺为配体促进钯催化交叉偶联反应的研究 就有报道【1 9 】。 a r l + r 一! 塑! 竺竺! 竺，a r r ( 1 1 1 ) a r l + r 暑二， a r 暑皇三 一r ( 1 - 11 ) p i p e n d i n e j o n i cl i q u i d 8 0 ，2 4 h 这种可循环体系中的催化剂一般可以循环利用4 次都能得到很高 的产率，更加可贵的是这种可循环利用体系不需要加铜盐和含膦的配 体。 1 5 2 加入少量活化剂的反应体系 在s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应中加入碘化亚铜作为助催化剂可 以促进反应的进行，但我们知道碘化亚铜又能引发g l a s e r 偶联反应， 为了提高反应活性又不引发副反应，所以有人提出了用其他活化剂来 促进反应的进行，例如氧化银，氯化锌，t b a b ( 溴化四丁基胺) 等【2 0 1 。 其中用氧化银作活化剂的反应最具有代表性 2 1 】，反应如下： r ，一+ x r z ! 塑! 些塑里 t h f 6 0 这种加入活化剂的反应不但速度快，而且反映条件温和，是一种 十分有效的反应类型。 1 5 3 一种直接用碱不需要任何配体的反应体系 最近s a m e e r 首次发展了一种在无配体、无铜和无胺条件下钯催 化s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应【2 2 1 。在这个反应体系中只用乙酸四丁基 铵作碱，醋酸钯为催化剂便可以在d ( n ，n - 二甲基甲酰胺) 中完 成反应，这种反应体系不但简单而且在室温下就能够很快的反应完 硕士学位论文 全，并且得到很高的产率。 r 诊x + 一卧 2 m 0 1 p d ( o a c ) 2 1 5e q u i vb u 4 0 a c d m f r t 1 5 4 末端炔烃和卤代烷烃的反应体系 舻3 ， s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应一般是用反应活性较大的卤代芳烃和 末端炔烃反应，对于反应活性很低的卤代烷烃的报道很少。最近 m a t t h i a s 等吲报道了一种卤代烷烃的s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应，反 应如下： r 鼎+ 一r 蔫耥器卜一叫4 ，x 赫 兹涮觜c s ：c 0 3 ”引时。 一 d m f ，e t 2 0 ( 1 ：2 ) ，4 0 - 5 0 1 6 钯催化的s u z u k i 交叉偶联反应的介绍 钯催化有机硼试剂与卤代芳烃之间的s u z u k i 。m i y a u r a 交叉偶联 反应也是构建c c 键的非常重要的方法之一。s u z u l ( i m i y a u r a 交叉偶 联反应具有条件温和，底物来源广泛，以及对热、水和空气稳定的优 点，同时这类反应一般具有很强的区域选择性和立体选择性，而且这 类反应的副产物大多无毒，容易从反应体系中除去，这样就使得 s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应不但适合于实验室合成，也适合于大规 模工业生产合成，因此对这类反应的研究越来越广i ：乏【2 4 j 。 对s u z u k i m i v a u r a 交叉偶联反应机理的研究发现它包括了氧化加 成，金属转换反应和还原消除反应等基元反应( 图1 。2 ) 。反应的第一 9c 2 n ，蛩 呼ln炉h r = 5 颇为配体促进钯催化燹义偶联反应的研冗 步是零价的钯与卤代烃r 2 x 发生氧化加成生成r 2 p d x 的中间体，钯 的价态从零价变为二价，然后与r 1 m 发生金属转换反应而生成 r 2 p d - r 1 ，最后发生还原消除反应生成交叉偶联的产物r 1 r 2 ，同时 催化剂钯恢复零价态参加下一轮循环。金属转换反应中一般需要用碱 来消除反应中生成的卤化氢。 r e d u c d v e p d ( 0 ) r 2 x d a t i 、r ea d d i t i o n r 2 一p d ( i i ) 一r 1 i i r 2 一p d ( i d x i b x 3 r 1 b ( 0 h ) 2 图1 2 钯催化的s u z u l ( i 交叉偶联反应的机理 卤代芳烃与与有机硼试剂之间的s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应 是生成联苯及其衍生物( b i a r v l s ) 最有效的方法之一。由于联芳烃是 有机合成中一类非常重要的中间体，并且大多数药物中间都包含有这 类结构，因此合成这一类化合物就吸引了很多合成化学家的注意，这 样就使得s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应的发展速度很快。最近，f u 等的工作可以使用在同一条件就可以使不同类型的化合物发生 s u z u l ( i m i y a u r a 交叉偶联反应，使得合成这一类化合物不再需要针对 具体底物而寻找不同的条件【2 5 1 。 f 0 ra 吖la n dv i n y lh a l c i e s ： z 9 x + b 泸警z 5 ， x = c i b r 。l 硕士学位论文 f 0 ra r y la n dv l n y it r i f l a t e s ： z 9 。 汹q 竺学生z m 1 7 有机硼化试剂 在s u z u k i m i v a u r a 交叉偶联反应中常用的有机硼试剂是芳基硼和 烯基硼化合物，近年来随着研究的深入发现其它类型的有机硼化合物 也可以发生s u z u k i m i v a u r a 交叉偶联反应，w r a l l a c e 使用高张力的环丙 基硼酸与卤代芳烃反应生成环丙烷的芳基衍生物【26 i ，在反应过程中没 有发现开环的现象，这就充分说明了环丙基硼酸发生s u z u l ( i - m i y a u r a 交叉偶联反应的活性很高。 陟m g b ，等陟b ( o h ) ： 陟m g b r 赢陟b ( o h ) 2 除了芳基硼和烯基硼试剂外，烯基三氟硼酸盐与卤代烯烃或卤代 芳烃也可发生偶联2 7 1 ，在这个反应体系中高位阻的邻二取代的芳基卤 以及烷基硼试剂同样可以反应。三氟硼酸盐比传统的有机硼试剂在反 应中具有独特的优势，更易分离和纯化处理，使得这些反应在实现工 业化生产中更具发展潜力。 夕b f 3 k + r ) ( j 生夕r ( 1 - 1 8 ) r = a i k e n y io r a r y i x = h a i i d e0 r t r f i a t e a = p d c l 2 ( d p p d c h 2 c 1 2 ( 2 ) ，e t 3 n ，n - p r o h b = p d c l 2 ( d p p d c h 2 c 1 2 ( 9 ) ，c s 2 c 0 3 ，t h f h 2 0 值得一提的是除了烯基三氟硼酸盐以外，炔基三氟硼酸盐在类似 条件下也可以偶联而生成炔的衍生物，这样就大大拓宽了反应底物的 来源，使得s u z u l ( i m i y a u r a 交叉偶联反应具有更广阔的前景。 胺为配体促进钯催化交叉偶联反应的研究 舳，+ n - b u b f 。k ! 竺! ! 兰! 竺竺唑兰兰n _ b u a ，( 1 - 1 9 )a r b r +n b u - i 兰量一b f ，k _ 二二_ 二二 n b u 兰兰三一a r ( 1 19 ) 。 3e q u i vc s ，c 0 3 t h f h 2 0 ( 2 0 ：1 ) r e e u x l1 2h 1 8 钯催化的s u z u ki _ m iy a u r a 交叉偶联反应中所使用的配体 s u z u k i m i v a u r a 交叉偶联反应中的催化剂钯必需要有配体和它配 位才能具有更高的活性，因为在没有配体时钯在反应中非常容易聚集 生成钯黑而失去催化活性，从而使反应无法继续进行。同时，在与不 同的化合物发生氧化加成时，中心原子钯上面的电荷密度决定了氧化 加成和还原消除的难易程度，所以在使用钯作为交叉偶联反应的催化 剂时一般都需要加入配体来稳定和活化催化剂，钯催化的交叉偶联中 最常见的配体有膦配体和含氮配体。 1 8 1 膦配体 在钯催化的交叉偶联中膦配位配位能力适中，与钯形成的配合物 具有合适的稳定常数，这样即容易离解生成活性钯而参加反应，也容 易与钯配位从而可以避免钯在反应中聚集生成钯黑而失去活性，因此 膦配体是一类非常有用的配体，最常见的膦配体是三苯基膦。在具体 的反应中配体的用量，配体中基团大小及供电子能力都对钯的催化活 性产生很大的影响，通过大量的实验发现在配体中具有大的p m p 键的双齿膦配体如d p p p 和d p p b ( 结构式见下图5 ) 等可以在反应中 降低副反应消除的活性，从而提高反应的选择性。 但有机膦配体在使用过程中也有一定不足之处：一般都具有毒 性，而且在水和空气中不稳定，因此p d h 3 ) 4 等一些配体必须在无 水无氧的条件下保存；在反应中，三苯基膦也很容易被氧化而消耗， 同时在使用三苯基膦作为配体时，磷原子上连接的芳基可以和钯上连 硕士学位论文 接的基团发生交换反应而降低产率和选择性【28 1 ，对于有些反应发生交 换的比例可以达到4 9 。 ( h o ) 2 b m e p d ( p p h 3 ) 4 ( 3m o l ) n a 2 c 0 3 ( 2e q u i v ) d m e h 2 0 ，r e f i u 3 h p h 乏二3 卜m e + b 计。叫+ m e 。_ 二冶m e 4 9 3 4 8 ( 1 2 0 ) 对于反应活性较小的氯代芳烃和有机硼试剂的反应一般需要高 位阻的膦配体，而且对高位阻的有机硼试剂的催化活性也很好。最近 b u c l l w a l d 等使用联芳基的膦配体催化高位阻的氯代芳烃的 s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应，可以高产率的得到高位阻的旋转阻碍 的联芳基化合物【2 9 】。常见的高位阻的膦配体见下图例： ar = c y ，r _ n m e ， br = c y ，r i h p r ，cr = c y ，r = ，- p r r dr = ，- p r ，r t - n m e ，m e er = p h 。r = n m e ， fr = f b u r f - h p p h ， ( 叫2 ) n p p h 2 d p p p ( n = 3 ) d p p b ( n = 4 ) 5 2 芗阳h 2 f e 嗍： d p p f 6 p c y m e a a r a c 参 晶 4 a 向 a r22 - m e c 6 h 4 a r = 2 ，4 嘧u 2 c 5 h 3 7 8 早喁啡： 曲嘞i r = p h r = c y r = f - b u 9 1 4 r = p h r = c y 1 1 2 p ( f - b u ) 3 p c y 2 j y 胺为配体促进钯催化交叉偶联反应的研究 1 8 2 含氮配体和其它配体 由于膦配体具有毒性，并且对空气不稳定以及价格相对昂贵，近 年来，为了克服林配体的缺陷科研工作者一直想寻找一种含氮配体来 代替膦配体，开始发展的含氮配体为氮杂卡宾配体( - h e t e r o c y c l i c c a r b e n e s ，n h c ) 。氮杂卡宾在金属有机化学中应用非常广泛，它既 可和过渡金属配位，也可以与主族金属进行配体，而且氮杂卡宾的供 电子性能比膦配体更强，这样在反应中就可以大大提高立体选择性， 因为这种配体的优点，它的应用越来越广泛【3 1 l 。f n r s t n e r 等使用这种 容易制备的n h c 钯催化剂就能很好的催化氯代芳烃的 s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应【3 2 j 。在很多时候，都是用当场制备的 催化剂n h c 钯，因为它比预先制备好的催化效果更好。 鼢c l + l 虢水小鼢幽删a 啪呲 lj r = h 3 5 - o c h 3 ) 2 ，4 - c 0 2 c h 3 渊唰。a c ) 2 + c 厨 叱i 掣 n 2 ， 后来z h a n g 等使用另外一种n h c 催化氯代芳烃与芳基硼酸合成 联苯型化合物，反应速度快而且可以得到很高产率【3 3 3 4 1 。 r o c i + 埔旬著r 锄小2 2 ， d i o x a n e r = h 。c h 3 ，c 0 2 c h 3 c a t 2 【p 擘( d b 幽】+ l l = h 3 c ( 1 5m o i ) 。 随着研究的深入发现钯可以和其它一些化合物形成钯环骨架化 合物( p a l l a d a c y c l e s ) ，它是钯催化的形成碳碳键的反应种活性最高的 一种催化剂之一【3 5 】，在很多反应中只需很低催化量的催化剂即可得到 较高的产率，这样就大大提高了催化剂的性能。这一类钯环骨架化合 物很容易合成，在交叉偶联反应中的应用越来越广泛，p a l l a d a c v c l e s 的结构可表示如下： 沣毋 d l n 、y 一亡 、y l 上图中l 为配位原子，y 为其它连接基团。常见的配位原子是磷 和氮，连接连接基团原子可以上碳或其它杂原子。具体的化合物1 3 a 在s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应中显示出非常好的催化活性阢37 1 ，例 如催化对溴苯乙酮和对溴苯甲醚与苯硼酸的反应时t o n s 值分别达到 8 4 00 0 0 和1 3 60 0 0 。1 3 a 还可以和三苯基膦反应形成反应活性更高的化 合物1 4 a 38 1 。 1 3 a ：r 1 = m e ：r 22i p r ：x = t f a 1 3 b ：r 1 = h ：r 2 。i p r ：x = t f a 舀b a 1 4 a ：r 1 = m e ：r 2 = i p r ：x = t f a 1 4 b ：r 1 = h ：r 2 = i p cx = t f a 后来n o l a n 等将氮杂卡宾与钯环骨架结合起来形成了一种在s u z u k i m i y a u r a 交叉偶联反应中活性更高的催化剂【3 9 】，这种催化剂在室温 下就能使反应活性很低得连有给电子基或高位阻的氯代芳烃和有机 硼试剂顺利的反应，这种催化剂的结构是如下： 胺为配体促进钯催化交叉偶联反应的研究 曜r ：吟 分锪e 弋 1 9 钯催化s u z u k _ miy a u r a 交叉偶联反应在现代合成中的应用 作为一种构建c c 键的重要有机合成方法，钯催化s u z u k i 。m i y a u r a 交叉偶联反应具有高选择性以及所需反应条件温和的特点，这样就给 合成复杂分子带来了很多的便利。例如维生素a 可以通过根多途径合 成，但l e r a 等提出了用钯催化的( e ) 1 烯基硼酸和( e ) 1 碘代烯 烃的s u z u l ( i 交叉偶联反应合成维生素a 。虽然与用这个反应的产率不 是很高，但与其它方法相比较，它具有很高的化学选择性、区域选择 性和立体选择性【4 0 1 。 + 。h q ：b 从c h ：。h p d ( p p h 3 ) 4 ，a q t l o h t h f c h 2 0 h ( 1 2 3 ) d a i l i s h e f s k y 等报道了通过使用s u z u k i 反应使两个很复杂的部分 进行对接形成了具有抗癌作用的( ) 印o t h i l o n eb 及其类似物 e p o m i l o n ea 【4 1 1 ，具体的反应如下： 硕士学位论文 r 2 b p s 1 1 0 我们实验小组已经取得的实验成果 s p d ( d p p 0 2 ，p h 3 a s c s 2 c 0 3 ，h 2 0 d m f 对于s u z u k i m i y a u r a 和s o n o g a s h i r a 交叉偶联反应的研究，实验 小组发现了一种高效的廉价的含氮配体d a b c o ( 三亚乙基二胺) ， 它和醋酸钯形成的催化体系不但催化效果好，而且还可以得到很高的 转化数m 2 ，4 3 1 。 t e m a ( n ，n ，n ，n 四 乙基。1 ，2 乙二胺) ( 一) 一s p a r t e i n e 二环己基乙基胺 二异丙基乙基胺 三乙基胺( n e t 3 ) 。例如用d a b c o 作为配体时醋酸钯的催化活性最 高，在表2 1 的条件下产率为9 3 ( e n t r y7 ) ，而三乙基胺为配体时 的产率仅为8 ( e n t r y3 ) 。从上述活性规律可以看出，配体的结构包 括空间立体结构和电子密度等决定其活性9 】：d a b c 0 活性高的原因 一方面是其空间位阻适中，它的空间位阻比舢! a 的小，但比其它 的胺配体要大；另一方面含有两个富电子的氮原子，从而有利于与金 属催化剂配位，从而可以提高d a b c o 配体的活性。 表2 - l 不同叔胺作配体时钯催化的s o n o g a s h i r a 反应 m e o t + 沪样m e 啪， 1 a2 a n 2 tr t 3 e n t r yl i g a n d i s o l a t e dy i e l d ( ) l 2 b y n 丫 e l o n d 1 3 2 3 硕士学位论文 n e t 3 t 匝a 6 ( 一) 一s p a n e i n e 7d a b c o 8 4 5 8 1 3 8 9 3 t h er e a c t i o nc o n d i t i o n s 、v e r ea sf o l l o 、s ：1 a ( 1m m 0 1 ) ，2 a ( 1 2m m 0 1 ) ? p d ( o a c ) 2 ( 3 0m o l ) ，l i g a n d ( 6 0m 0 1 ) ，b a s e ( 3e q u i v ) ，a n dm e c n ( 5 m l ) a tr o o mt e m p e r a t i l r eu n d e rn 2f o r15h 2 2 2 不同条件下对甲基碘苯与苯乙炔的s o n o g a s h i r a 反应 从表2 2 中我们发现在没有用d a b c o 作配体时，只用醋酸钯作 催化剂和碳酸钾作碱时，在氮气保护下反应得到的产物3 的产率很 底，只有3 5 ( e n t r y1 ) ，由此可见，当没有配体时，醋酸钯的催化 效率比较低，这主要是因为醋酸钯容易在反应中变成钯黑而失去催化 活性。从e