（应用化学专业论文）二茂铁膦、卡宾配体的合成及在Pd催化Suzuki反应的研究.pdf

大连理工大学博士学位论文 摘要 s u z u k i 偶联反应是合成联苯类化合物的一种重要方法，广泛应用于有机光电材料、 医药等精细化工产品的合成中，已成为现代有机合成中不可缺少的重要工具。 本文第二章合成了6 个非对称的卜( 卜二茂铁基乙基) - 3 - 取代基一1 一咪唑碘盐7 ( 7 a 、7 b 、7 c 、7 d 、7 e 和7 f ) ，考察了它们在不同碱中p d 催化的溴代芳烃与苯硼酸 偶联反应中的性能。实验表明：碳酸铯作为碱及1 ，4 二氧六环为溶剂是一个较好反应 条件组合，空间位阻较大的咪唑盐配体7 d 在芳基溴代物与苯硼酸偶联反应中的催化活 性最高；一系列溴代芳烃与苯硼酸在1m o l 的p d 用量，p d ( o a c ) 。7 d ( m o l a r ：m o l a r = 1 ：1 ) 时，偶联产物收率可达9 0 9 7 。 本文第三章合成了2 个醚氧链官能化的二茂铁膦配体1 1 ( 1 l a 和l l b ) ，并将其 固载在m e r r i f i e l d 树脂上得到2 个新型固载的二茂铁膦配体1 2 ( 1 2 a 和1 2 b ) ，考 察了它们在p d 催化的芳基溴代物与芳基硼酸偶联反应中的性能。实验发现：以乙酸钾 为碱，在1 ，4 一二氧六环中，制备的l l a 、l l b 、1 2 a 和1 2 b 是p d 催化的芳基溴代物 与芳基硼酸偶联反应中的优良配体。p d 的用量可低至0 1m 0 1 ，p d ( o a c ) ，1 1 ( p d ：i i = 1 ：1 3 ) 的条件下，对于 甲基溴苯与苯硼酸的偶联反应可以得到9 3 9 5 的收率。固 载膦配体1 2 a 可实现催化剂的2 次循环使用，便于产物与催化剂的分离。 本文第四章合成3 个新型连有p e g 链的卜 卜( 2 一二苯膦基二茂铁基) 乙基 - 3 一 取代基一卜眯唑碘盐配体1 5 ( 1 5 a 、1 5 b 和1 5 c ) 。实验发现，在1 ，4 - 二氧六环中，带 p e g 链的膦官能化的n h c 配体1 5 与未带p e g 链的膦官能化的n h c 配体卜 卜( 2 一 二苯膦基二茂铁基) 乙基 一3 一甲基- i - 咪唑碘盐在钯催化的溴代芳烃与苯硼酸的偶联反 应中的催化活性相当。在碳酸钾，1 ，4 一二氧六环，0 1m 0 1 的p d 用量，p d ( o a c ) j 1 5 ( m o l a r ：m o l a r = 1 ：1 1 ) 的条件下，偶联产物可达8 5 9 5 的收率。 在水相催化反应中，考察了配体、助剂、碱对以p d ( o a c ) ：为钯源催化的s u z u k i 偶 联反应的影响。聚乙二醇添加剂对配体1 5 催化性能有较大的影响。在碳酸钾，水 p e 6 - - 4 0 0 ( w ：w = 1 ：1 ) ，0 1m 0 1 的p d 用量，p d ( o a c ) 。i s ( m o l a r ：m o l a r = 1 ：1 1 ) 的条件下，芳基溴代物与苯硼酸偶联反应可达9 3 9 5 的收率。当p d 用量降到 0 o 卜0 0 0 1m 0 1 ，p d ( o a c ) ，1 5 e 的催化体系，在延长加热反应时间的条件下，仍可以 高效的催化芳基溴代物与苯硼酸偶联反应，对于溴苯为底物时，t o n 可以达到9 5 0 0 0 。 关键词：s u z u k i 偶联反应；咪唑盐；二茂铁膦配体；固载催化剂；水溶性 二茂铁膦、卡宾配体的合成及在p d 催化s u z u k i 反应的研究 s y n t h e s e so ff e r r o c e n y lp h o s p h i n ea n dn - h e t e r o c y c l i cc a r b e n e l i g a n d sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n st ot h ep d c a t a l y z e ds u z u k i c r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o n a b s t r a c t s u z u k ic r o s s - c o u p l i n gi so n eo fi m p o r t a n tm e t h o d st of o r mb i p h e n y ld e f t v a t i v e s i th a s b e c o m ea ni m p o r t a n tt o o lf o r t h em o d e mo r g a n i cs y n t h e s i sa n dh a sb e e ne x t e n s i v e l yu t i l i z e d i nt h e p r e p a r a t i o no fo r g a n i co p t o e l e c t r o n i c s ，m e d i c i n e s ，f i n ec h e m i c a l s ，e t c i nc h a p t e r2 ，s i xa s y m m e t r y1 - ( 1 一f e r r o c e n y l e t h y l ) 3 - s u b s t i t u t e d 1 - i m i d a z o l i u mi o d i d e s7 ( 7 a ，7 b ，7 c ，7 d ，7 ea n d7 f ) w e r es y n t h e s i z e d n 心e f f e c to fb a s e s0 1 1p d c a t a l y z e ds u z u k i c r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o nw a si n v e s t i g a t e d t h er e s u l t si l l u s t r a t e dt h a tt h ec o m b i n a t i o no f c s 2 c 0 3 1 4 - d i o x a n ew a sag o o ds y s t e m 皿es t e r i cl i g a n d7 dd i s p l a y e dt h eb e s tc a t a l y t i c a c t i v i t yi nt h i ss y s t e m i nt h ep r e s e n c eo f1m o l p d , p d ( o a c ) 2 t d ( m o l e ：m o l e = 1 ：1 3 ) ， 9 0 9 7 y i e l d sw e r ei s o l a t e d i nc h a p t e r3 ，f o u rn e wp h o s p h i n el i g a n d sh a v eb e e ns y n t h e s i z e d , i n c l u d i n gt w oe t h e r o x y g e n - p h o s p h i n o f e r r o c e n y ll i g a n d s1 1 ( 1 l a a n d l l b ) a n dt w o i m m o b i l i z e d p h o s p h i n o f e r r o c e n y ll i g a n d s1 2 ( 1 2 aa n d1 2 b ) b a s e do nm e r r i f i e l ds y n t h e s i z e df r o m ( 1 l aa n d l l b ) m s ef o u rl i g a n d s ( 1 l a ，l l b ，1 2 ao r1 2 b ) d e m o n s t r a t e de f f i c i e n ta c t i v i t yf o r p d - c a t a l y z e dt h ec o u p l i n go fa r y lb r o m i d e sw i t ha r y lb o r o n i ca c i di nc h 3 c o o k 1 ，4 - d i o x a n e i nt h ep r e s e n c eo f0 1m o l e d , p d ( o a c ) 2 l l ( p d ：l l = 1 ：1 3 ) ，t h ey i e l d sw e r e9 3 - 9 5 f o r c o u p l i n go f4 - b r o m o t o l u e n ew i t hp h e n y l b o r o n i ca c i d t h es y s t e mo fp d ( o a c ) 2 1 2 ac o u l db e r e c y c l e d2t i m e s ，a n dt h ec a t a l y s tw a se a s i l ys e p a r a t e df r o mp r o d u c t s i n c h a p t e r4 ，t h r e e n o w 1 - 【1 ( 2 d i p h e n y l p h o s p h i n o f e r r o c a n y l ) e t h y l - 3 - s u b s t i t u t e d - 1 - i m i d a z o l a si o d i d e sc o n t a i n i n gp e g1 5 ( 1 5 a , 1 5 ba n dl s e ) w e r es y n t h e s i z e d i n 1 ，4 - d i o x a n e ，p n h cf i g a n d s1 5c o n t a i n i n gp e gd i s p l a y e dh i g hc a t a l y t i cb e h a v i o ri nt h e c r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o n so fa r y lb r o m i d e sw i t ha r y l b o r o n i ca c i d , i nc o m p a r a t i o nt ot h ep - n h c l i g a n d s1 - 【1 - ( 2 一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 y l ) e t h y l 3 m e t h y l - 1 一i m i d a z o l e si o d i d e i nt h e p r e s e n c eo fk 2 c 0 3 ，1 ，4 - d i o x a n e , 0 1m o l p d ，p d ( o a c ) 2 1 5 ( p d ：i s = 1 ：1 1 ) 8 5 9 5 y i e l d s w e r eo b t a i n e d t h ei n f l u e n c eo fl i g a n d s ，a d d i t i v e s ，a n db a s e sw a ss t u d i e di nt h ep d - c a t a l y z e ds u z u k i c r o s s 。c o u p l i n gr e a c t i o ni nw a t e r n er e s u l t ss h o w e dt h ea d d i t i v eo fp e gp l a y e dag r e a tr o l e o nc o u p l i n gr e a c t i o n su s i n g1 5 i nt h ep r e s e n c eo fk 2 c 0 3 ，w a t e r p e g - 4 0 0 ( w ：w = 1 ：1 ) ，0 1 r e e l p d ，p d ( o a c ) z 1 5 ( p d ：1 5 = 1 ：1 1 ) ，c o u p l i n go fa r y lb r o m i d e sw i t ha r y l b o r o n i ca c i d 塑三奎堂壁主塑丝奎 a f f o r d e d9 3 9 5 y i e l d s h i g h e ry i e l d sw e r ei s o l a t e da f t e rp r o l o n g e dh e a t i n g , w h e nt h e l o a d i n go fp dw a sd e c r e a s e dt o0 0 1 0 0 0 1m o l p d ，p d ( o a c ) 2 1 5 c ( b r o m o b e n z e n e ，t o n = 9 5 0 0 k e yw o r d s ：s u z u k ic r o s s - c o u p l i n g ：i m i d a z o l i u ms a l t ；p h o s p h i n o f e r r o c e n y ll i g a n d ： i m m o b i l i z e dc a t a l y s i s ：w a t e r - s o l u b l e 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 大连理工大学尊士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工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，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名彳亥隋 导师签名：拿量 ! ! ! z 年j l 月兰_ 日 大连理工大学博士学位论文 绪论 1 9 7 9 年s u z u k i 等人“1 发现的p d 催化芳基硼酸与卤代芳烃的反应被称为s u z u k i 偶联反应。 由+ 6 b ( o h ) 2 毒 图1 1s u z u k i 偶联反应 f i g 1 1s u z u k ic r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o n 由于芳基硼酸的高稳定性、低毒性和反应条件温和、可容忍多种活性官能团等优越 性，使s u z u k i 偶联反应成为生成c - c 键的重要方法，而被广泛应用于药物、除草剂、 天然产物、液晶材料等领域中脚。 k - p d ( h ) r 1 b l v q - p d ( h ) - x a m x r i m 图1 2 钯催化s u z u k i 偶联反应的催化机理 f i g 1 2 m e c h a n i s m o f p d - c a t a l y z e ds u z u k ic r o s s - c o u p l i n g r e a c t i o n s 对s u z u k i 偶联反应目前公认的机理如( 图1 2 ) 所示。在一个催化循环过程中， 包括氧化加成，转移金属化，还原消除三个步骤跚。 二茂铁膦、卡宾配体的合成及在p d 催化s u z u k i 反应的研究 通常s u z u k i 偶联反应都需要较高的催化剂用量( 卜5 ) ，或需要使用结构复杂的 配体来提高催化剂的催化活性，而且一般需要有机溶剂作为反应介质。但是，很多贵金 属催化剂( 例如：钯) 价格十分的昂贵，并且对于许多配体而言，存在着结构复杂、合 成条件苛刻等问题，而有机溶剂的大量使用会加大对环境的污染，这就使得其实际应用 受到了很大的限制。因此，寻找新的催化体系，使其能够具有足够高的反应活性，降低 催化剂的用量或者催化剂重复使用，减少或者不使用复杂昂贵的配体，选择绿色环保的 反应体系，也是目前催化s u z u k i 偶联反应中迫切需要解决的问题。 本文以s u z u k i 偶联反应为目标，较为系统的总结了近些年来研究进展，并重点研 究了可循环使用的固载型催化剂和水溶性催化剂在芳基溴代物与芳基硼酸的s u z u k i 偶联反应中的应用。 1 文献综述 1 1s u z u ki 偶联反应催化剂的发展 1 1 1 l 杂环卡宾配体及其钯配合物催化s u z u ki 偶联反应的研究 1 9 6 8 年o f e l e 和w a n z l i c k 。1 等人合成了 l 杂环卡宾( n - h e t e r o c y c l i c c a r b e n e s ，n h c ) 的配合物卜1 和1 - 2 ，这在当时并没引起注意，n h c 也仅限于用来合 成金属配合物。直到1 9 9 1 年，a r d u e n g o 第一次分离出游离的n h c1 - 3 以后”，这一 几乎被人遗忘的领域才又获得了新生。 厂= ： “ c r c o h l - l 卜24- = = 一人t n h c 与膦配体一样，是优良电子供体，因此常被称为“仿膦配体”。与膦配体相比， n h c 配体具有合成工艺简单，稳定性高等优点。因而，在最近的十几年里，n h c 吸引了 许多研究小组的注意，而被广泛应用到加氢“、氢甲酰化妒“等催化反应中，取得了令 人满意的结果。 。l 大连理工大学博士学位论文 1 1 1 1n h c 的种类 根据n t t c 五元环上的n 原子的数目与位置的不同，可以分为咪唑型卡宾1 - 3 ；咪 唑啉型卡宾l _ 4 ；三唑型卡宾1 - 5 ；噻唑型卡宾1 喝等1 ”。 = a - ”“、r 厂- 、 r ，“、e 冗 i 。”、t 1 - 3 1 - 41 - $1 4 r ，”“r 1 1 1 2n h c 的结构 刃q o 图1 3n t t c 的电子构型 f i g 1 , 3 e l e c t r o n i c c o n f i g u r a t i o n s o f n h c n h c 一般以单线态形式存在，卡宾碳原子采用s p 2 杂化形式，卡宾碳原子周围只有 六个电子，是一个典型的缺电子体系( 图1 3 ) 。n h c 碳原子上的一对电子处在。轨 道上。从共轭效应考虑，两个氮原子p 轨道上的孤对电子和卡宾碳原子上的空p 轨道 可以存在共轭效应。从诱导效应考虑，由于氮原子的吸电子作用能够使卡宾碳原子上的 孤对电子趋于稳定。因此，n h c 是一个比较稳定的体系“。 凡v r l 、。、 二茂铁膦、卡宾配体的合成及在p d 催化s u z u k i 反应的研究 1 1 1 3n h c 配合物前体的合成 通常，n h c 配合物的合成是以咪唑盐衍生物为前体的。咪唑盐衍生物主要包括：昧 唑盐，咪唑啉盐等。 1 1 1 3 1 咪唑盐的合成 。，曰臂阳肛孙 ( c h 2 0 ) + 酽凸一凸一h + ：洲啦 一r 澎n 、r 图1 4 一步法合成咪唑盐 f i g 1 4s y n t h e t i cr o u t eo fi m l d a z o l es a l t sd i r e c t l y 咪唑盐的合成主要包括“一步法”n 5 1 ，“二步法”等“”。 酬玛蚩一厂k r 丽 h 高i f 、r h - 2 8 - h 。5 v “ 图1 5 西夫碱法合成咪唑盐 f i g 1 5s y n t h e t i cr o u t eo fi m i & a z o l es a l t sf r o mi m i n ei n d i r e e f l y 乙二醛、伯胺和甲醛的“一步法”，具有合成工艺简单的优点，是合成对称咪唑盐 的一个常用的方法，但产品分离提纯较为烦琐“”。 专( 一磐一 “两步法”，主要包括“西夫碱法”，“咪唑法”，“烃基咪唑法”等方法。其 中“西夫碱法”，虽然合成路线与“一步法”相比较为复杂，但反应条件温和，并且产 品易于分离提纯，是合成对称咪唑盐的一个比较常用的方法。 大连理工大学博士学位论文 = = n 弋m 图1 7 烷基咪唑法合成咪唑盐 f i g 1 7s y n t h e t i cr o u t eo fi m i d a z o | es a l t sf r o mh y d r o c a r b o n - i m i d a z o li n d i r e c t l y 而“咪唑法”和“烃基咪唑法”合成路线比较类似，是合成不对称咪唑盐比较常用 的方法。 1 1 1 3 2 咪唑啉盐的合成 一嚣卜n 。詈( ”朐一，娘r 一。“ n 。i l c i c r 图1 8 睬唑啉盐的合成 眯唑啉盐的合成则与“西夫碱法”有些类似。 1 1 1 4n h c 配合物的合成 1 1 1 4 1 前体原位脱质子合成n h c 配合物 对于复杂的n h c 配合物来说，原位合成的方法是最简单的，可以避免对n h c 的分 离提纯，特别是n h c 不稳定或很难分离提纯的时候。 图1 9 配合物l 蛀i c - c r 的合成 f i g 1 9 p r e p a r a t i o n o f t h e c o m p l e x e s o f n h c - c r - 5 - 1 x r 二茂铁膦、卡宾配体的合成及在p d 催化s u z u k i 反应的研究 6 f e l e 就是采用这个方法原位脱去质子， 此外，也可以通过添加强碱k o * b u 的方法啪1 ， c l o ，一! 竺! 业! p d ( o a e h 首次合成了n h c c r 配合物( 图1 9 ) 。 原位生成n h c p d 配合物( 图1 1 0 ) 。 图1 1 0 配合物n h c - p d 的合成 f i g 1 1 0p r e p a r a t i o no f c o m p l e x e so f n h c - p d 1 1 1 4 2n h o 直接配位生成n h o 配合物 n h c 有时也可以直接与金属配合物配位生成新的n i t c 配合物。 移 2 尸 r 7 ”、t 图1 1 1 二聚物解离合成n h c - r h 配合物 f i g u r e i u p r e p a r a t i o n o f c o m p l e x e s o f n h c - r h b y c l e a v a g e o f d i m e r i c c o m p l e x e s 二聚配合物 ( q4 - c o d ) m c l ：和n h c 作用后发生解离乜1 1 ，在室温的条件下，可以 生成n h c r h 的配合物( 图1 11 ) 。膦配体在低于室温的条件下也可以与n l t c 交换生 成n h c p d 配合物( 图1 1 2 ) 蚴。 p d - - 1 ( 0 4 0 1 出 严 ( n 一e ( o - m 1 ) 3 r 严 ( n j r ( o - t 0 1 ) 3 rr ，、 图1 1 2 膦配体与卡宾交换生成唧c _ p d 配合物 f i g 1 1 2p r e p a r a t i o nc o m p l e x e so f n h c - p db yp h o s p h i n ee x c h a n g e 1 1 1 4 3 配体转移法生成n h o 配合物 严碜k 哐 大连理工大学博士学位论文 在添加氧化银的条件下n h c 也可以采用分子内的形式矧，从一个过渡金属上转移 到另一个过渡金属上，生成n h c - p d 配合物( 图1 1 3 ) 。 扣( 抖 v i ( 汁 l 、l l 协暮b 瞄 图1 1 3 配体转移法生成n h c - p d 配合物 f i g l 1 3 p r e p a r a t i o n c o m p l e x e s o f n h c - p d b y t r a n s f e r o f i m i d a z o l i n - 2 - y l i d e n e l i g a n d s 1 1 1 4 4 其它方法生成n h o 配合物 还有一些特殊的n h c 配合物合成方法，例如：气相法，m e t a l l a - u g i 法等，这些 在h e r r m a n n 先生1 的综述论文中，都有详尽的报道。 1 1 1 5n h c 配合物催化的s u z u k i 偶联反应 由于膦配体通常具有毒性，并且对空气不稳定以及价格相对昂贵，近年来，为了克 服膦配体的缺陷，科研工作者一直想寻找一种含氮配体( 例如：n h c 配体) 来代替膦配 体。n h c 配体在金属有机化学中应用非常广泛，它既可以和过渡金属配位，也可以与主 族金属进行配位，而且n h c 配体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n h c 配体的优点，它的应用越来越广泛。 丫吖 ( 卜厶 h e r r m a n n 等人删较早的合成一系列双n h c p d 配合物卜l l 和卜1 2 并成功催 化活化的芳基氯代物的s u z u k i 偶联反应。 二茂铁膦、卡宾配体的合成及在p d 催化s u z u k i 反应的研究 。 痧多移 o 幻勉 n o l a n 等人啪则合成了一系列对称咪唑盐配体。其中具有大空间位阻的咪唑盐配体 卜1 3 和卜1 4 可以很好的促进p d ( o a c ) ：催化芳基氯代物与芳基硼酸的s u z u k i 偶联 反应，可以达到大于9 0 的收率；而空间位阻较小的咪唑盐配体1 - 1 7 则催化活性很 低，仅仅达到1 4 的收率。这说明：对称咪唑盐配体的空间位阻对p d ( o a c ) ：催化活性 的影响是很大的。 l - 1 9 1 2 01 2 l 2 0 0 2 年h e r r m a n n 等人渊发现了一种连有大空间位阻双金刚基的n h c p d 配合物 卜1 9 ，在室温的条件下就可以非常好的催化芳基氯代物的s u z u k i 偶联反应，收率大于 8 0 。2 0 0 3 年6 1 0 r i u s 等“”发现一种具有柔性骨架的咪唑盐配体1 - 2 0 。其中催化体 系( p d ( o a c ) z 1 2 0 ) ，在室温的条件下对芳基氯代物的s u z u k i 偶联反应同样有很好的 催化作用，收率大于8 0 。n o l a n 等人b 0 1 则合成了n h c p d n 配合物1 - 2 1 ，同样具有 很好的催化效果。 在室温的实验条件下催化经济易得的芳基氯代物的s u z u k i 偶联反应，是当前 s u z u k i 偶联反应研究的一个难点，但是关于这类高活性的催化剂的合成却少见报道。 一8 大连理工大学博士学位论文 1 1 2 膦配体及其钯配合物催化s u z u k i 偶联反应的研究 在钯催化的s u z u k i 偶联反应中，膦配体配位能力适中，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。最常见的膦配体是三苯基膦。但膦配体在使用 过程中也有一定不足之处：一般都具有毒性，而通常在水和空气中不稳定“”。 f u 等人【”发现的一些简单的叔膦配体：卜2 2 ，卜2 3 是催化s u z u k i 偶联反应的很 好的配体。其中催化体系p d ：( d b a ) 3 1 2 3 对于芳基氯代物与苯硼酸的s u z u k i 偶联反 应可以得到大于9 0 的收率。膦配体较强供电子能力有利于氧化加成，但却抑制了还 原消除。如何在膦配体电子效应和空间效应之间寻求一个平衡点是催化s u z u k i 偶联反 应顺利进行的一个重要因素1 。 q 慨 q 畸： q 附眦 移0影 争m 争号m m 一9 一 二茂铁膦、卡宾配体的合成及在p d 催化s u z u k i 反应的研究 b u c h w a l d 等人m 删合成了一系列联苯取代基的膦配体( 卜2 4 、卜2 5 、卜2 6 、卜2 7 、 卜2 8 和1 - 2 9 ) 。其中膦配体1 - 2 4 和卜2 7 是促进钯催化s u z u k i 偶联反应很好的配 体，其适用的底物范围广，条件温和对芳基氯代物收率大于9 0 。研究表明：三苯基膦 配体供电子强度不足以促进芳基氯代物的氧化加成步骤的进行降3 钉；而供电子效应很强 的三环己基膦配体在催化s u z u k i 偶联反应时效率也不高，因为尽管这些富电子的配体 有利于氧化加成，却同时也降低了还原消除步骤的反应速率汹1 。而膦配体卜2 4 和卜2 7 则是在电子效应与空间效应之间达到了良好的平衡。 毗础 1 3 0 l - 3 l l - 3 2 x i a o 等人啪1 合成一系列含有环己基膦的二茂铁膦配体，其中催化体系 ( p d ( o a c ) ：1 3 0 或p d ( o a c ) ：1 3 1 ) 对于芳基氯代物的s u z u k i 偶联反应可以达到 9 0 的收率。f u 等人脚1 则合成一系列含有苯基膦和硅烷的二茂铁型配体，其中催化体 系( p d ：( d b a ) 。1 3 2 ) 活性较高，对于芳基氯代物的s u z u k i 偶联反应也可以达到9 0 的 收率。 1 1 3 环钯类催化剂催化s u z u k i 偶联反应的研究 环金属化合物，是指化合物分子内存在有可与金属配位的原子如p 、n 、s ，0 等。 通过配位作用使相邻的c - t t 键活化并形成c m 的。键的四元、五元或六元环的鳌合 物。 ：耋| 事 大连理工大学博士学位论文 b 一弩一守 r i t p h ，r z = 如； r l = p l r j l b _ ； k t t m r j 一珏； b e d f o r d 等人合成了环钯化合物1 - 3 3 ，对于4 一乙酰溴苯与苯硼酸的s u z u k i 偶 联反应t o n 值高达1 0 0 0 0 0 0 0 ；又合成了一系列连有不同取代基团的配合物卜3 4 。其 中的配合物( r i = p r ，r 2 = 电u ) 催化活性最高，对于4 一甲氧基溴苯，t o n 可以达到 9 1 0 0 0 0 。 l - 3 51 3 6 b e d f o r d 等人h 4 1 又合成了一类环钯配合物1 - 3 5 和1 - 3 6 。其中环钯配合物卜3 5 的催化活性略高于配合物1 - 3 6 。 1 1 4 水溶性钯催化剂催化s u z u k i 偶联反应的研究 水溶性膦配体催化剂的设计可以解决均相络合催化的一个核心问题即过渡金属催 化剂与产物的分离及循环使用。因此需要在分子中引入亲水基团例如：磺酸基、羧基等。 其中最为广泛使用的水溶性膦配体是间三苯基膦单磺酸钠1 - 3 7 和问三苯基膦三磺酸 钠卜3 8 1 。 二茂铁膦、卡宾配体的合成及在p d 催化s u z l l l 【i 反应的研究 0 l 9 i s o # a 1 3 s g e n e t 等人较早地把1 - 3 8 应用到水相催化s u z u k i 偶联反应中。并在反应体系 2 1 k 7 , 腈，以增加芳基溴代物在水中的溶解性。p d ( o a t ) ：1 3 8 的催化体系可以有效的 催化芳基溴代物与苯硼酸的偶联反应。对于4 一溴苯甲醛t o n 可以达到6 4 0 0 。在催化 剂循环实验中，催化剂可以循环4 次，催化活性略有下降，仍可以达到8 7 5 6 的收率。 f b ” k o 必r s h a u g h n e s s y 等人“”则设计并合成了一系列新型阳离子型膦配体卜3 9 ，1 4 0 和 阴离子型膦配体卜4 1 。其中具有大空间位阻的阳离子型膦配体卜3 9 的催化活性最高。 p d ( o a c ) ：1 3 9 的催化体系在室温条件下就可以高活性的催化芳基溴代物与苯硼酸的偶 联反应。在8 0 的条件下，对于4 一甲基溴苯，t o n 可以高达7 3 4 0 0 0 。 9 大连理工大学博士学位论文 1 1 5 固载钯催化剂催化s u z u k i 偶联反应的研究 s u z u k i 偶联反应工业化中需要解决的难题是要降低催化剂的成本，提高催化剂的 催化效率。但由于均相催化剂大多和产品无法分离，并且严重污染产品，难以满足工业 上对催化剂绿色环保的要求。而采用多相催化体系可以克服均相催化体系的本质上缺 陷。因此，把均相催化剂固载的思想就应运而生。使用固载催化剂，在反应结束时，催 化剂回收变得非常简单，并且催化剂不易流失，还可以多次重复使用删。 l e e 等人“”合成了一种c m p s 树脂固载的n i t c p d 配合物1 - 4 2 ，但催化效果一 般，仅对芳基碘代物有很好的催化活性。后来采用先合成单体，再聚合的方法，合成出 配合物l - 4 3 。，在水相中，可以很好的催化钝化的芳基溴代物，催化剂可以循环1 0 次。 康“9 则合成了一种m e r r i f i e l d 树脂负载的配合物1 - 4 4 ，对于溴代苯，碘代苯， 都有很好的催化效果。b e d f o r d 等人酬合成了一种p o l y s t y r e n e 固载芳基膦一钯催化剂 1 _ 4 5 ，对于钝化的芳基氯代物s u z u k i 偶联反应有很好的催化活性，但这种催化剂无法 循环使用。 二茂铁膦、卡宾配体的合成及在p d 催化s u z u k i 反应的研究 n q 奄 - ；r = c y b ；r = t - b u 1 - 4 6 c i 匕勖 b u c h w a l d 等人嘲1 合成了一种m e r r i f i e l d 固载膦配体1 - 4 6 。催化体系 ( p d ( 0 a c ) ：i - 4 6 ) 对于芳基溴代物，催化剂循环3 次可以达到大于9 0 9 6 的收率。 王。”则合成与1 - 4 6 结构相类似膦配体卜4 7 ，但催化效果一般。 1 1 6 无配体催化剂催化s u z u k i 偶联反应的研究 使用含膦配体的催化体系有时会发生a r a r 交换的副反应。而采用无配体的方法 能够减少污染和副反应的发生。无配体型钯催化剂中“裸露”的钯原子没有强配体如膦 的配位，因而寿命较短嘲。 z h a n g 等人蜘发现在p d ( o a c ) ：在p e g w a t e r n 锄c 0 3 的反应体系中，在5 0 的 温和反应条件下，对于芳基溴代物的s u z u k i 偶联反应，收率大于9 4 。水相中，p e g 的 加入主要是起相转移催化剂的作用，可以把芳基卤代物增溶到水相中。此外催化剂可以 循环使用。催化剂循环使用4 次，催化活性才降到8 9 。这说明p e g 的反应体系对金 属钯具有很好的稳定作用。 1 2 催化s u z u k i 偶联反应的其它方法 1 2 1 微波促进s u z u k i 偶联反应 经过近2 0 年的发展，微波辐射法已经成为一种有机合成的经典技术。微波以其加 热速度快、热效率高、实验条件温和、操作简单、便于控制等特点，其潜在的应用价值 已引起了人们的极大兴趣。微波化学反应是分子意义上的搅拌，对反应速度和产物的选 择性有极大的提高蜊。 1 4 一 r r 大连理工大学博士学位论文 表1 1 微波促进s u z u k i 偶联反应 t a b 1 1s u z u k ic r o s s - c o u p l i n ga c c e l e r a t e db ym i c r o w a v e l e a d b e a t e r 等人嗍则发现在微波加热的条件下，p d ( o a c ) 2 在w a t e r n a 2 c 0 3 的反应 体系中可以较好的催化芳基溴代物的s u z u k i 偶联反应( t a b 1 1 ，e n t r y1 ) 。w a n g 等 人则对上述方法，进行了一点的改进：采用配合物p d c l ：( p p h 3 ) ：来代替p d ( o a c ) ：。 对于芳基溴代物的催化活性要略高于l e a d b e a t e r 发现的体系( e n t r y2 ) 。v a n a 等 人删则选择p e g - 4 0 0 作为反应介质。实验发现：p d c l ：在p e g - 4 0 0 的反应体系对于芳 基溴代物同样具有很好的催化活性。重要的是通过简单的萃取分离，催化剂可以方便的 回收。催化剂循环3 次，仍可以达到8 0 的收率( e n t r y3 ) 。 9 1 2 2 超声波促进s u z u k i 偶联反应 超声作为一种特殊的能量形式，与热能、光能等传统能量形式在作用时间、压力以 及每个分子可获取的能量等方面有显著的区别。超声作用于化学反应，不仅来源于分子 间的相互作用，更主要的是来源于超声空化现象，即气泡的形成、成长和崩溃。这就为 一般条件下难以实现或不可能实现的反应提供了一种新的非常极端的物理化学环境“。 s r i n i v a s a n 等人m 1 较早的把超声波应用在催化s u z u k i 偶联反应中。研究表明：在室 温3 0 。c ，离子液体 b b i m + b f l 一作为反应介质中，并且不加入膦配体的反应条件下， 超生波对s u z u k i 偶联反应具有很好的促进作用。对于芳基氯代物可以得到4 2 一6 5 的收率。 二茂铁膦、卡宾配体的合成及在p d 催化s u z u k i 反应的研究 1 2 3 离子液体促进s u z u k ；偶联反应 在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质称其为离子液体。离子液体的 出现对于使用溶剂的方法是一种变革。离子液体是优良的有机溶剂，可溶解极性、非极 性的有机物、无机物，具有易于与其他物质分离，可循环利用等优良特性。这些化合物 最吸引人的特点是：虽然在室温下，离子液体是液态，但却无蒸气压，不挥发，所以不 会逃逸损失，不会造成污染，因而被誉为绿色溶剂呻1 。w e l t o n 等人嘲采用一种含有咪 唑盐的离子液体 b m i m j + b f 。 一作为s u z u k i 偶联反应的介质，在l o 分钟内就可以催 化完成芳基溴代物与苯硼酸的s u z u k i 偶联反应。催化剂循环3 次，催化活性没有降 低。 1 3s u z u k i 偶联反应在有机合成中的应用 联芳环化合物广泛存在于结构复杂的天然产物以及具有生物活性的化合物中， s u z u k i 偶联反应常常是这类化合物合成中的关键步骤。 - n ( p p b p b b 乒o _ h c h ，r d u z ： p d ( 1 t i j ) , t , n a 2 c o 女 p c h ，件n 呱 ol 一 u c 1 - t 墨- 图1 1 4 苯一嘧啶衍生物的合成 f i g 1 1 4p r e p a r a t i o no f p h e n y l e n e p y r i m i d i n ea l t e m a 血go l i g o m e m w o n g 等人叫从2 一溴一碘嘧啶出发，首先通过选择1 种中等活性的催化剂 p d ( p p h 。) 。进行选择性的s u z u k i 偶联反应。在2 一溴一5 一碘嘧啶的5 位上引入芳基。然 后通过添加辅助膦配体p b u 。来增加催化剂p d ( p p h 。) 。的催化活性，成功的在2 一溴一5 一 荸一 i 大连理工大学博士学位论文 芳烃嘧啶的2 位上引入大空间位阻的芳烃，合成出一系列苯一嘧啶衍生物，并将其应用 在蓝色发光材料上，量子效率比文献报道的增加1 8 ( 图1 1 4 ) 。 图1 1 5 对称双毗啶衍生物的合成 f i g 1 1 5p r e p a r a t i o no fs y m m e t r i cb i s t e l p y f i d i n e s 金属一超分子化合物，可广泛应用于分子化学、分子生物学以及纳米科学中。k u r t h 等人呻1 把s u z u k i 偶联反应应用到一系列超分子化合物的合成中( 图1 1 5 ) 。 留+ 嘶 图1 1 6 菲咯啉衍生物的合成 f i g 1 1 6p r e p a r a t i o no f 4 - p h e n y l 一7 一- a m i n o - b i p h e n y l 4 - y 纠1