（化学工艺专业论文）钯催化氧化串联环合反应及sonogashira偶联反应的研究.pdf

硕士学位论文 摘要 世界上有机化学的原料主要来自石油，其中包括医药化学品，农用化学品以及 大规模的日用化学品的生产。石油产品氢消除选择氧化一直是化学工业的主要难 题之一。在最近几十年当中，这个难题受到了越来越多的重视。因为以前许多已知 的反应因为都会产生对环境有害的副产物。所以我们要不断探索经济绿色的选择 性氧化反应因此在有机合成中以氧气作为氧化剂的催化氧化方法就显得越来越 重要。 催化氧气选择性氧化金属酶提供了一个重要的新催化剂的设计框架，世界上 众多实验小组都对氧气作为氧化剂的选择性氧化反应作了大量的研究。原子转移 的氧化反应在许多不对称催化中得到了广泛的研究。 本文以简单芳香氨为原料，通过烯丙基化、重排、酰基化、以及钯催化的氧 化环合反应合成了一种氮杂三环吲哚啉化合物，并且用不同的配体，溶剂，温度 来筛选其最佳合成工艺，其结构经核磁共振谱、红外以及高分辨质谱等表征手段 得到确证。 第一部分：文献综述 综述部分系统地概述了近几十年来钯催化环化的研究进展以及各种钯催化 的偶联反应的现状以及优缺点。并以碳碳键，碳氧键，碳氮键通过偶联环合分 类总结了前人的研究成果。课题的设计以及论文的研究意义。 第二部分：钯催化串联环合反应来制备吲哚啉的研究 对钯催化的吲哚林类以及硫脲作为配体的反应做了综述。开展了用自制硫脲 配体进行的钯催化的吲哚啉类化合物的制备，其中用邻烯丙基n 丙烯酰苯胺作 为工艺优化的底物，进行了各种温度以及配体，钯源的筛选。还对反应时间，溶 剂也进行了优化。最终得出最佳的反应条件。 第三部分：钯催化的s 0 n o g a s h i r a 偶联反应的研究 对钯催化的s o n o g a s h i r a 偶联反应做了综述，开展了室温下以自制硫脲配体 对s o n o g a s h i r a 偶联反应的研究。并且以对甲氧基碘苯作为探针来研究在自制配 体与钯的催化体系s o n o g a s h i r a 偶联反应的最佳工艺。其中对钯源以及钯的用量 反应时间等做了优化，找到了更经济，更绿色，反应条件更温和的工艺。 总之，上述反应均具有条件温和、产率高、环境友好、操作简单、钯金属配 体可以循环利用等优点，该研究工作扩展了硫脲配体在有机合成中的应用范围， 也同时发展了一些简单高效的合成方法。 关键词：绿色化学；氮杂环；吲哚；钯催化：氧气；氧化反应；s o n o g a s h i 髓偶联； 硕士学位论文 a b s t r a c t o r g a n i cc h e m i s t r yo ft h ew o r l d sf a wm a t e r i a l sm a i n l yf r o mt h eo i l ，i n c l u d i n g p h a r m a c e u t i c a lc h e m i c a l s ，a g r o - c h e m i c a l s ， c h e m j c a l s ， a sw e l la s l a r g e - s c a l e p r o d u c t i o n p e t r o l e u mp r o d u c t sh a sb e e ns e l e c t i v eo x i d a t i o no fh y d r o g e ne l i m i n a t i o n 0 ft h ec h e m i c a li n d u s t r yi so n eo ft h em a i np r o b l e m s i nr e c e n td e c a d e s ，t h i sp r o b l e m h a sb e e nm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n i nt h ep a s tm a n yo ft h ek n o w nr e s p o n s ew i uh a v e o nt h ee n v i r o n m e n tb e c a u s eo ft h eh a r m f u lb y p r o d u c t s t h e r e f o r e ， w em u s t c o n t i n u a l l ye x p l o r et h ee c o n o m i cg r e e ns e l e c t i v e0 x i d a t i o nr e a c t i o n t h e r e f b r ei n o r g a n i cs y n t h e s i st oo x y g e na st h e0 x i d a n tc a t a l y t i co x i d a t i o nm e t h o dh a sb e c o m e i n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t s e l e c t i v ec a t a l y t i c0 x i d a t i o no fm e t a l - o x y g e np r o v i d e sa ni m p o r t a n tf r a m e w o r k f b rt h ed e s i g no fn e wc a t a l y s t s ，h l a n yo ft h ew o r l d sg r o u po fo x y g e na so x i d a n t s 各r c t h es e l e c t i v eo x i d a t i o nr e a c t i o nm a d cal o t0 fr e s e a r c h o x i d a t i o na t o mt r a n s f e r r e a c t i o n si nm a n ya s y m m e t r i cc a t a l y s i sh a sb e e nw i d e l ys t u d i e d i nt h i s p a p e r ， a s i m p l e a r o m a t i ca m m o n i aa sr a wm a t e r i a l sa n d a l l y l ， r e a r r a n g e m e n t ，a c y l a t i o n ， a n d p a l l a d i u m c a t a l y z e d 0 x i d a t i o n0 ft h e c y c l i z a t i o n r e a c t i o ns y n t h e s i so fat h r e e r i n gi n d o l e n i t r o g c nc o m p o u n d s ，a n dd i f f e r e n tl i g a n d ， s o l v e n t ，t c m p e r a t u r es c r e e n i n gt 0t h eb e s t0 fi t st e c h n o l o g y ，i t ss t r u c t u r eb yn m r ，i r ， a sw e na s h i g h - r e s o l u t i o nm a s ss p e c t r o m e t r y a n dc h a r a c t e r i z e db ym e a n so f c o r r o b o r a t i o n p a r ti ：al i t e r a t u r er e v i e w s u m m a r yp a r t o ft h e s y s t e m o v e r v i e wo ft h el a s tf e wd e c a d e s ， t h e p a l l a d i u m - c a t a l y z e dc y c l i z a t i o n0 fp r o g r e s s ，a sw e l la sp a l l a d i u m c a t a l y z e dc o u p l i n g f e a c t i o n s ，a sw e l la st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s0 ft h es t a t u sq u o a m dc a r b o n - c a r b o nb o n d ，c a r b o n c a r b o no x y g e nk e y s k e y st h r o u g ht h ec o u p l i n gr i n gn i t r o g e n c l a s s i f i e ds u m m a r yo ft h er e s u l t so fr e s e a r c ho nt h ec a u s eo ft h e i rp r e d e c e s s o r s a s w e l la st h es u b j e c to fr e s e a r c hp a p e r sa sw e l la sd e s i g ns i g n i f i c a n c e ? p a ni i ：p a l l a d i u m - c a t a l y z e dr e a c t i o nt oas e r i e s0 ff u s e dp o l y c y c l i ci n d o l i n e c o m p o u n d p a l l a d i u m - c a t a l y z c do fi n d o l e - l a mc a t e g o r ya n dt h i o u r e aa sal i g a n dr e a c t i o n sa r e r c v i e w e d c a r r i e d0 u tu s i n gh o m e m a d et h i o u r e al i g a n do ft h ep a l l a d i u m c a t a l y z e d i n d o l ec o m p o u n d s p r e p a r a t i o n ，w h i c hn e i g h b o r s w i t ha l l y l n - a c r y l y l - a n i l i n ep r o c e s s o p t i m i z a t i o na sas u b s t r a t ef o rav a r i e t yo ft e m p e r a t u r ea n dl i g a n d ，p a l l a d i u ms o u r c e s e l e c t i o n a l s 00 nt h er e a c t i o nt i m e ，s o l v e ta l s 0h a sb e e n0 p t i m i z e d f i n a n yc o m et 0 t h eb e s tr e a c t i o nc o n d i t i o n s p a r ti i i ：p a l l a d i u m c a t a l y z e dc o u p l i n gr e a c t i o n0 fs o n o g a s h i r a m 钯催化氧化串联环合反应及s o n o g a s h i r a 偶联的研究 s o n o g a s h i r a0 fp a l l a d i u m - c a t a l y z e dc o u p l i n gr e a c t i o n sa r er e v i e w e d ，c a r r i e d0 u t a tr 0 0 mt e n l p e r a t u r et 0s e l f t h i o u r e al i g a n ds 0 n o g a s h i r ac o u p l i n gr e a c t i o n 0 ft h e s t u d y a n dt h ep - i o d o b e n z e n ea sap r o b et os t u d yi nt h es e l f - l i g a n d sa n dp a l l a d i u m c a t a l y s ts y s t e ms o n o g a s h i r at h eo p t i m u mc o u p l i n gr e a c t i o n p a u a d i u m ，a sw e n a st h e s o u r c e0 fp a u a d i u mu s a g er e a c t i o nt i m et of i n dam o r ee c o n o m i c a l0 p t i m i z a t i o n ， m o r eg r e e n ，m o r em o d e r a t er e a c t i o nc o n d i t i o n sp r o c e s s 1 ns u m m a r v ，t h er e a c t i o n sm e n t i o n e da b o v eh a v ca d v a n t a g e s0 fm i l dr e a c t i o n c o n d i t i o n s ， e n v i r o n m e n t a lb e n i g n i t y e a s yt oh a n d l e a n ds i m p l e m a n i p u l a t i o n ， r e c y c l i n go ft h ep a l l a d i u ml i g a n da n dh i g hy i e l d s i nt h i ss t u d y w ec x t e n d e dt h e r a n g e0 fa p p l i c a t i o no ft h i o u r e al i g a n di no r g a n i cs y n t h e s i s ，d e v e l o p e ds o m es i m p l e e f f i c i e n ts v n t h e t i cm e t h o d s k e y w o m s ： g n e nc h e i n i s t r y ； m t r o g e n - h e t e m c y c i e s ； i n d o i e ； p a l i a d i u m _ c a t a l y h c ； o x y g e n ；o 对d a t i 蚰心a c t i 佃；s o n o g a s 曲mc 仰p i e ； 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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后果 由本人承担。 作者躲禁斜嗍力杼幽吵日 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，即：学 校有权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。本人授权兰州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，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。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。 日期：艉66 月d 罗日 日期：廖堵年6 月o 日 硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 课题意义及国内外研究现状综述 世界上有机化学的原料主要来自石油，其中包括医药化学品，农用化学品以及大规模 的日用化学品的生产。石油产品氢消除选择氧化一直是化学工业的主要难题之一。在最 近几十年当中，这个难题受到了越来越多的重视。因为以前许多已知的反应因为都会产生 对环境有害的副产物。所以我们要不断探索经济绿色的选择性氧化反应因此在有机合成 中以氧气作为氧化剂的催化氧化方法就显得越来越重要。 催化氧气选择性氧化金属酶提供了一个重要的新催化剂的设计框架，世界上众多实 验小组都对氧气作为氧化剂的选择性氧化反应作了大量的研究。原子转移的氧化反应在 许多不对称催化中得到了广泛的研究。 均相p d 催化是有机合成中的重要工具。它既可以做亲核试剂也可以做亲电试剂。 例如：w a c k c r 反应【1 捌还有许多亲电试剂和亲核试剂之间的偶联反应都是钯催化的很好的 例子。还有最近的钯在许多非氧化的催化迁移反应中也得到了很好的应用。例如：许多 在活化了的碳碳键和碳杂键的生成反应中。另外，他的广泛应用还在于它在催化时的很 好的官能团容忍性。钯催化还允许一些特殊的官能团转化，这在合成路线的设计中也提 供了更多的选择性。 通常容易得到的钯都是氧化态的钯，而在催化剂中主要以三种氧化态，p d ( 0 ) 、p d ( i i ) 和p d ( i 叻存在。其中零价钯存在的化合物有p d ( p p h 3 ) 4 和p d 2 ( 曲a ) 3 c h a 3 等。二价钯 有很强的亲电性，在空气中能稳定存在且溶于大多数有机溶剂。富电子的有机化合物， 如烯烃、炔烃、芳烃很容易与p d ( i i ) 形成络合物，该络合物是钯催化反应的重要中间体。 例如：p d c l 2 容易与配体l 形成k p d a 2 ：类型的二价钯络合物，p d c l 2 ( p p h 3 ) ，p d ( 0 i a 咖和 p d a 2 ( r c 都是很常见的二价钯络合物，它们在有机反应中常做为催化剂使用来催化不 同的反应。p d ( ) 络合物并不是很常见，p d ( i 叼络合物可以通过对碳钯键的氧化得到， 也是钯催化有机反应的重要中间体之一 因为零价钯的最外层的d 1 0 电子结构，根据1 8 电子的稳定原则，则有四个 配体给零价钯供电才能使其处于稳定状态。这种状态的钯是富电子的，它可以作 为一种亲核试剂。基于此原因，它也只能催化非氧化反应。 相反的，二价钯通常都是以盐的形式存在，比如醋酸钯，氯化钯等。二价钯 的最外层电子结构是d 8 ，所以它需要更多的电子已达到更稳定的1 8 电子稳定态。 它表现的是缺电子的性质。二价钯有时也用作零价钯氧化反应的钯源。更多的是 它作为氧化剂( 再不需要外加氧化剂的情况下) 或者催化剂出现。它也既能催化 氧化反应又能催化非氧化反应。 钯的催化氧化反应可以从机理上分为氧化类和非氧化类反应。总体上来说， 钯催化氧化串联环合反应及s o n o g a s h i r a 偶联反应的研究 氧化钯的催化作用是更有效的。然而，相对而言，零价钯做催化剂的非氧化反应 得到了广泛的研究，二价钯的催化剂则研究的比较少。这是因为二价钯的氧化催 化剂催化时经常需要助催化剂如铜盐，还需要一些有机氧化剂如苯醌等来实现二 价钯的再生。这样使这个催化过程变得复杂化。基于这个原因二价钯的催化氧化 反应主要局限在醇的氧化和一些碳杂原子与烯烃之间的偶联反应。 各种官能团化的烯烃在p d ( 1 1 ) 催化下可以通过以下的途径生成各种环状化合 物。首先，p d ( i i ) 快速的与c = c 形成p 烯基钯络合物( p o l e f i nc o m p l e x ) 。紧接着 发生分子内的亲核进攻形成。s 烷基钯中体【s a l k y l p a l l a d i u m ( i i ) c o m p l e x t ，在这 步反应中亲核试剂主要从反面进攻乙烯基碳取代基较多的一端。最后该p d ( i i ) 中 间体可以经过一系列的转化从而得到环状产物( s c h e m e i ) 。 根据反应条件的不同s 烷基钯中间体可以发生以下5 种转化得到不同的产 物。( 1 ) b h 消除( 2 ) c o 插入( 3 ) 与烯烃进一步偶联( 4 ) 还原( 5 ) 金属交换。经过这几个 过程以后p d ( i i ) 被还原为p d ( o ) ，因此需要加入助氧化剂将其氧化为p d ( 1 1 ) ，使其 继续参与下一次的循环。常见的助氧化剂0 2 c u c l 2 、c u ( o a c ) 2 、苯醌( b q ) 、 0 2 d m s o 、f e c l 3 和k 2 s 2 0 8 等。s c h e m c1 ：e r 二 p d l n ， 呤r 8 he n m i n a 稍 r 矿7 、 咚、， s c h e m e1 本论文研究的反应使用氧气作为唯一的化学计量的氧化剂氧化p d 来完成催 化循环，以下是钯催化的偶联和氧化反应的催化循环。s c h e m e2 2 了 脚0 、 o 矿吣 _ j - e o 、 硕士学位论文 ，r l 1 1 p 砰 x b p d o j ： ( p d o ) m p d 0 】 2 n l n u mo rb ) n u h + b ： h 2 0 n u - r +2h 叉 1 20 2 m x o rb h + x - 1 2 氧化p d 催化中配体的作用 s c h e m e 2 h p d x 2 ) ( l n p d o i + p d 0 】 i 一 2 n l ( p d o ) m s u b h 2 0 r s u b h + s u b h s u b 似o rs u b s u b + 2h x 在钯催化的氧化和非氧化反应中都存在一个共同的难题就是钯得中间状态 零价钯都有聚集的趋势。从而使催化剂分解并逐渐丧失活性。为了解决这个难题， 大家开发了大量的配体来稳定钯催化的这个中间状态。从而提高钯的效率和转换 频率。 在某种意义上，钯催化的偶联反应反映了一些较软的配体可以稳定零价钯。 这些配体也可以促进零价钯和底物之间的反应。被发现的底物当中特定的底物和 钯配合可以把催化剂的转换频率提高到超过1 0 0 0 0 0 0 。不幸的是，同样的成功没 有在氧化的催化剂中实现。大多数普通的配体在氧化反应条件中都会迅速分解。 因此，钯盐催化的氧化反应受到了很大的限制。 1 3 硫脲配体在p d 催化中的应用 硫脲配体是一种对氧气和水汽都相对稳定的配体，又有容易修饰的的特点。 这类配体在金属催化中的应用已有报道。它不仅得到了高的转化率，更重要的是 得到了高的对应选择性。例如：s c h e m e3 阶疆 p hp h h h o h ( r u c l 2 c 6 h 6 ) 2 。8 2o c ，1 7h c o n v = 9 2 。= 9 4 s c h e m c 3 最近，杨振的实验小组发现具有较大体积的复杂硫脲配体配合钯可以催化芳 基卤代物的h e c k 反应，并且有高的转换频率。他们又把这类配体扩展到s u z u k i 3 尺 + 钯催化氧化串联环合反应及s o n o g a s h i r a 偶联反应的研究 反应和一些端烯的双甲氧基羰基化反应。这类配体表现出在氧气氧化的反应中良 好的稳定钯聚集性质。 硫脲配体展示出对氧气很好的稳定性，以及有效的抑制钯的聚集沉淀，这些 优越的特性促使我们开拓硫脲配体在p d 催化反应中的研究。 1 4 环合反应的骨架在药物中的意义 各类环骨架尤其是多个环状骨架的构建方法研究是有机合成领域中的一个 重要方面，在天然产物合成及药物分子关键中间体的合成中有重要应用。许多天 然碳环及杂环化合物在动植物体内起着非常重要的生理作用。如血红素、叶绿素、 核酸和某些维生素、生物碱等。许多合成药物也是环状化合物。近年来，随着对 工业有机物的深入研究与合成，又不断地发现新的特殊的环状体系。环状化合物 种类之多、数目之大，是有机物中数目最庞大的。因此发展高效、简洁合成环状 化合物的方法就显得尤为重要。而过渡金属催化的环化反应则是构筑环状化合物 非常有效的合成方法，其中尤其以钯催化的环化反应研究最为深入 1 5p d 催化的氧化环合反应国内外研究状况 1 5 1p d 催化的氧化单环合反应循环 二价钯化合物具有亲电的性质，可以和富电子的烯烃迅速配位并且是可逆 的。一旦和烯烃配位，烯烃就具有强的亲核性，就会容易受到亲电试剂的进攻， 从而形成新的碳氮键或碳杂键。这些亲核原子可以是碳原子，氮原子和氧原子。 这个过程可以用下图来表示：s c h e m e 4 ( o x i d a n t ) h 2 2 h x + o x i d a n t g p d 。l i ) 2 l n 二l h 4 h x 硕士学位论文 1 5 2 氧原子做亲核原子的环合 1 5 2 1 烯酚的环化 1 9 7 3 年，h o s o k a w a 等将酚的钠盐在化学量的p d c l 2 ( p h c n ) 2 催化下以中等的 产率得到2 取代苯并呋喃( s c h e m e 5 ) ，这是首次报道利用p d ( i i ) 催化的分子内环化 酚羟基烯烃制备苯骈呋喃的例子，尽管在反应中使用的是化学量的催化剂但是人 们从中可以看出如果设计不同的反应底物可以用该方法合成各种含氧的杂环化 合物1 3 j 。 r 竺坐囝r r = h3 1 r = p h5 3 随后他们对各种烯丙基酚的分子内氧化反应进行了研究，在研究中他们发现 邻烯丙基苯酚在不同的催化体系下可以高选择性的发生5 - e x o t r i g 或6 一e n d o - t r i g 环化反应【7 1 。苯酚在化学量的p d c l 2 ( p h c n ) ，n a 0 m c 或催化量的p d ( o a c ) 2 ， c u ( o a c ) h 2 0 体系下可得到结构单一的五元环产物。类似的底物2 ( 3 - 甲基一2 - 丁 烯) 苯酚在p d c l 2 的催化下得到却是六元环产物( s c h e m e 6 ) 1 4 ，5 】 p d c l 2 ( p h c n ) 2 ，n a o c h 3 - b e n z e n e 。r e 们u x p d c l 2 。n a o a c - - - m e o h 。3 5 瓣+ 嘛 s c h e m e 6 同时他们也尝试用( 一) - b 一蒎烯为手性配体在来对映选择性的制备手性环醚。 在化学计量p d ( o a c ) 2 为催化剂、0 2 和c u ( o a c ) 2 做为助氧化剂的条件下，邻烯丙 基苯酚可以很快的转化为五元环醚和苯并呋喃f 6 9 1 ，但只取得了中等的e e 值 ( s c h e m e 7 ) 。 p d c l 2 ，c u ( o a c ) 2 h 2 0 m e o h h 2 0 。弱，0 2 ( - ) - 8 - p i n e n e s c h e m e 7 5 钯催化氧化串联环合反应及s 0 n o g a s h i r a 偶联反应的研究 最近，u o z u m i 和他的合作者报道了2 - ( 2 ，3 - 二甲基- 2 - 丁烯) 苯酚在1 0m o l 的p d ( 0 2 c c f 3 ) 2 ，手性配体，助氧化剂苯醌的作用下高对映选择性的得到环醚【1 们， 在该反应中获得高产率和高对映选择性的关键在于钯催化剂中阴离子配体的存 在和催化剂与配体的比例( p d l i g 抽dl ：1 ) ，1 0 m o l 的p d ( 0 2 c c f 3 ) 2 可以获得最好的 结果( s c h e m e 8 ) 。 【p d 】，l m e o h 叫 b q 。 s c h e m e 2 ( s ，s ) 1 0 s c h e m e 8 i - p r l a r o c k 小组同样利用类似的邻烯丙基苯酚做为反应物，与上面结果不同的是 当他们以p d ( d b a ) 2 为催化剂时并没有得到苯骈呋哺的产物，而是高区域选择性的 得到了取代的苯骈吡喃( s c h e m c 9 ) 1 1 1 l ，该反应最优条件是以k h c 0 3 为碱， d m s o h 2 0 ( 9 ：1 ) 为溶剂且只需空气中的氧气做为助氧化剂在6 0 就可以高产率 的制备各种取代的苯骈吡喃。在该反应中我们不难看出底物的细微差别以及不同 的钯催化剂就可导致产物的多样化。 r 1 r 2 r 3 r ! 型型至：鉴竺鱼垒， r 1 d m s 0 州2 0 ，a j r s c h e m e 9 r 2 1 5 2 2 炔酚的环化 苯骈呋喃广泛存在于一些具有各种生物活性的天然产物中，为此。化学家们 一直在致力于发展新的合成苯骈呋喃的方法。 由炔酚出发通过p d ( i i ) 催化的环化反应无疑是一种高效、简洁合成苯并呋喃 的方法。y a n g 等发现邻( 1 炔基) 苯酚在p d ( i i ) 硫脲c b r 4 c o 体系下可以高产率 的得到2 ，3 二取代苯骈呋哺，在该羰基化环化过程中无论是富电子还是缺电子 的底物都能顺利得到预期的产物。在文章中作者认为c b r 4 的作用主要是将还原 消除产生的p d ( 0 ) 氧化成p d ( i i ) 便于反应继续进行【1 2 】。这一方法的缺点是合成的苯 6 硕士学位论文 并呋喃结构单一，只能制备3 位是酯基的苯骈呋喃。后来该小组对这一反应进行 了发展并得到了三环苯骈呋喃衍生物【1 3 】( s c h e m e l 0 ) 。 r 1 p d l 2 - t h i o u r e a ，c u b r 2 。c o c s 2 c 0 3 。m e o h ，4 0 r r ， p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 ，d p p p ，c o c s o a c ，m e c n ，5 5 s c h e m e1 0 r 2 舔 电舔 1 5 2 3 烯基羧酸的环化 后来l a ；o c k 小组发展了一条操作简单、条件温和的环化烯基酸方法。在 p d ( o a c ) 2 、0 2 d m s o 体系下2 烯丙基苯甲酸可以发生5 e x o t r i g 类型的环化反应 1 1 4 j 。这一产物的生成明显是由于原料双键首先发生异构化所致，事实上，他们在 研究其他例子中并没有观察到双键异构化的现象。这可能是由于d m s o 与中间体 氢化钯有很强的作用力阻止了氢化钯对双键的进一步的加合，直接还原消除得到 了异构化的产物。在这过程中单环、桥环、螺环产物都可以通过五元或六元环 化得到。另外，他们也发现烯基酸的活性顺序是：二取代 三取代 单取代，这说 明在该反应中明显存在着电子效应与位阻效应的平衡。一般来说，五元环更容易 生成( s c h e m e l l ) 。 o a c 1 5 2 4 酚烯环化中手性的引进 h o s o k a w a 和m u r a h a s h i 首先报道了通过氧钯化来实现的w a c k e r 环合i 们。 从此以后各种不同的催化体系都被应用到w a c k e r 环合反应。同样是h o s o k a w a 和 m u r a h a s h i 实验小组率先在此类反应引入了手性。他们用一个手性的p 烯丙基络 合物在醋酸铜和氧气存在下催化了邻烯丙基苯酚，得到了由光学活性的二氢苯并 呋喃。s c h e m e1 2 ：一吮 彦妒p d 攀 悯眠蔷笔未萧悯弧u 少氐c u ( 叫2 ，0 2 甜b u o o hu 办7 v 7 a 一 2竺啦 尝一 尝 ! 柏 卅 顷 钯催化氧化串联环合反应及s o n o g a s h i r a 偶联反应的研究 十二年后，h a y a s h i 和u o z u m i 报道了用三氟乙酸钯作钯源和用1 ，1 联萘做 骨架，双呃唑啉作配体催化w a c k e r 型邻烯丙基苯酚的环合反应，并且取得了很 好的对应选择性【1 5 1 引。s c h e m e1 3 h 要嫩1 州砷2 _ _ 。 溺t b e n z o q u j n o n e m e o h 9 7 e e s c h e m e1 3 随后，s t o l t z 又首次成功地报道了用p d ( t f a ) 2 ( 一) ：s p a r t e i n e 催化体系来催化氧 化环合反应，并且取得了很好的对应选择性f 1 9 趔】。s 矗e m e1 4 悯d 儿 跚 b s c h e 比1 4 1 5 3 氮原子做亲核原子胺的环合 1 5 3 1 氮原子做亲核原子与烯键的环合 钯催化的胺化反应是一种非常重要的构建c m n 常用方法。它已在合成具有 芳香胺结构天然产物、药物中广泛的使用。同样如设计出合适的底物，许多含氮 杂环化合物就可以通过分子内的胺化反应来实现。 b u c h w a l d 和h a r t w i g 首先报道了利用胺化反应来制备环状胺。自从该反应报 道以后，其他含氮杂环化合物如吲哚、喹啉、苯骈咪唑、吩嗪等都已通过了该 方法成功的实现【2 2 - 2 3 】( s e h e m e l 5 ) 。 洲卧罴 s e h e m e1 5 8 n 卧 瓯 硕士学位论文 像上面氧原子的w a c k e r 环合一样，氮亲核试剂进攻钯络合的烯烃通常是困难的， 特别是未保护的脂肪族胺。因为未保护的脂肪胺比烯烃更容易和二价钯配合，所以容易 使催化剂中毒。只有氮原子被保护，降低氮的配位能力，才能做这类反应。和脂肪族胺 相比，苯胺的碱性要小得多，和二价钯的配位能力也较差，因此邻位烯丙基苯胺可以不 保护的情况下环合生成吲哚【2 2 ，2 3 1 。s c h e m c1 6 簖苷鬻： 6 m s c h e m e1 6 除p d ( m e c n ) 2 c 1 2 以外，还有两个比较温和通用的催化体系，分别是i a r o c k 开发的 p d ( q 址) 2 d m s o 催化体系和s t a 埠开发的p d ( q ) 2 p ) r r i d i n e 催化体系。他们都被成功的 应用到分子内的烯烃胺的氧化环合。然而，相应的不对称反应的例子还没有报道。 最近，s o r e 璐e n 实验小组报道了通过亲核试剂对烯烃进攻，钯碳键被另一个亲核试 剂进攻实现了烯烃的双官能化s c h e m e1 7 。l 驯 员飞一 s c h e m e1 7 1 5 3 2 氮原子做亲核原子与炔键的环合 p d ( i i ) 催化的炔胺或炔氨环化反应被广泛的应用于合成各种含氮杂环化合物。1 9 8 1 年，u t i m o t 0 等首先报道了1 氨基3 炔2 醇合成吡咯( s c h e m e l 8 ) 1 2 5 1 。在类似的反应条件 下，3 炔基胺也可以得到吡咯啉，然而如果在3 炔基胺中增加一个碳链时却得到了五元 和六元亚胺的混合物( s c h e m e l 9 ) 【2 6 1 。再增加碳链时并没有得到六元和七元亚胺的混合 物，只有六元亚胺生成( s c h e m e 2 0 ) 。从上面的实验结果可以看出通过环的大小就能很好 的控制该类反应的区域选择性。 h 2 n p d c l 2 ，m e c n r 1 r 1 = n - c 6 h 3 。p h r 2 = h ，e t ，( c h 3 ) 3 r e f i 似 s c h e m e1 8 9 m 三a 泓 h、啦h岭啦 凡 钯催化氧化串联环合反应及s o n o g a s h i r a 偶联反应的研究 h 2 n ! ! ! ! 竺三! ! ：! ! ! ， r 2、r 1 r 酬u x r 1 = n - c 4 h 9 ，n - c 7 h 1 5 ，n c h l 7 r 2 = h ，m e ，n = c 8 h 1 7 啦y r 1 u 号笋生毋n c 8 + _ | 卜，吣- ，n = u 直n l r e 仉u x、 三芋生占n - c 8 + l 卜r ，心p ，n = u n h r e f i u x、 s c h e m e2 0 磺酞氨、苯甲酞氨类的炔也可以得到不同的杂环化合物1 2 7 1 r = p h ，b u p d c l 2 c u c l 2 。m e o h - - - n a o a c ，k 2 c 0 3 2 5 0 c p d c i ( m e c n ) 2 ，c u c l 2 + - - - n a h ，t h f ，r e f i 似 2 m e r s 0 2 m e 2 m e r s 0 2 m e n - c 7 h 1 5 n c 7 h 1 5 r = a r y l ，a i i ( y i s c h e m e2 1 2 0 0 2 年，r u t j e s 等创造性的将p d ( i d 催化环化反应应用到了氨基酸衍生物上，他们 以炔丙基氨基乙酸衍生物为原料通过环化方便的得到了预期的杂环化合物 【2 8 l ( s c h e m h 厂、吣h m e 0 2 c n h t s p d ( o a c ) 2 p p h 3 ，t h f - - - k 2 c 0 3 。4 0o c 、v c 0 2 m e 口2 等等屯。2 7 k 2 c 0 3 ，6 0o c 一一j l o 硕士学位论文 1 5 3 3 硝基氮原子做亲核原子与烯键的环合 w a t a n a b e 等人对硝基芳烃的环化反应进行了比较深入的研究，他们通过该类底物合 成了一系列的杂环化合物( s c h 锄e 2 3 ) 【2 9 。3 1 1 。在该类反应中c o 主要是作为脱氧试剂。 r 2 p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 ，s n c l 2 用 r 1 c o 。d i 0 船n e ，10 0 0 c p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 ，s n c l 2 r = a 叫，a l i y 1 r 2 c o 。t h f 1 0 0 0 c r 3 1 1 竺竺：竺! ! 竺竺lr ， c o ，e t 3 n ，p p h 3 。7 0 0 c r 1 = h m e ，m e o 。o h ，o t f ，c 0 2 m e ，b r 。n 0 2 r 2 = h 。m e r 3 = h ，m e p h s c h e m 哼2 3 1 5 4 碳原子做亲核试剂的环合 碳原子做亲核试剂不象氧原子和氮原子做亲核试剂进攻钯络合的烯烃那么容易，因 为碳原子在有化学剂量的氧化剂存在时容易被氧化。第一个成功的例子是用四甲基硅烷 的烯醇醚作为碳亲核试剂，但是它需要化学剂量的钯。 直到1 9 9 7 年，a d e 塔n 和b a c k v a l l 报道了一个比较温和的催化体系 p d ( 吼址) 2 d m s o 0 2 ，它实现了钯催化量的关碳环反趔3 2 j 。 2 溴苯基醚在p d ( 嘞催化下通过分子内的c - h 键活化环化得到苯骈呋喃 ( s c h e m e 2 4 ) 。在类似的条件下环醚和哇琳酮也很容易制备1 3 ”q ( s c h e m e 2 5 ) 。 q 知 p d ( o a c ) 2 n a 2 c 0 3 d m a 。1 0 m 1 4 0o c s c h e m e2 4 钯催化氧化串联环合反应及s o n o g a s h i r a 偶联反应的研究 m e q p i ! i c 4 h 9 p d ( o a c ) 2 。n a h c 0 3 d m a 1 5 0 0 c 、n c 4 h 9 s c h e m e2 5 吲哚在催化量的p d ( p p h 3 ) 4 下可以以7 6 的产率得到菲啶衍生物【3 7 1 。( s c h e m e 2 6 ) 。 o m e s c h e m e2 6 o m e 最近，用二价钯催化氧化关碳环的反应作了大量的研究。两个比较典型的例子就是 s t o l t z 小组发现的。然而引入手性的例子还没见报道【罅加l 。 m o m e 1 0m o i p d ( o a c ) 2 4 0m 0 p y r j d j n e 0 1 mp h c h 3 ，1 a t m0 2 ， o c 。1 2h o 丫 、 p d ( o a c ) 2 ，1o e t h y in 愀i n a ：i e 、。 n a o a c 。b e n z o q u i n o n e 4 ：1 魄m o h ：a c o h 。10 0o c s c h e m n e2 7 1 6p d 催化的c c 键形成偶联反应研究进展 m e 8 2 1 6 1n e 西s m 偶联 n g e s i h i 反应是钯催化的有机锌试剂和l 的交叉偶联反应【4 1 4 2 】，通式如下： r x