suzuki偶聯(lián)反應(yīng)

1、Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng) 機理及其在有機合成中的應(yīng)用 學 院： 化學學院 專 業(yè)： 有機化學 學 號： 姓 名： 一、Suzuki-Miyaura 交叉偶聯(lián)反應(yīng)概念Suzuki反應(yīng)（鈴木反應(yīng)），也稱作Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)、Suzuki-Miyaura反應(yīng)（鈴木宮浦反應(yīng)），是一個較新的有機偶聯(lián)反應(yīng)，是在鈀配合物催化下，芳基或烯基的硼酸或硼酸酯與氯、溴、碘代芳烴或烯烴發(fā)生交叉偶聯(lián)。 Z=Cl,Br,I自從1981年Suzuki等報道了通過鈀催化的有機硼化學物和鹵代烴可以在很溫和的條件下發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)制備不對稱聯(lián)芳烴以后，為芳-芳鍵的形成展開了一個新的領(lǐng)域1。Suzuki-Miyaur

2、a交叉偶聯(lián)反應(yīng)被證明是目前制備聯(lián)芳基及其衍生物最為廣泛利用的方法，因為其具有很強的底物適應(yīng)性及官能團耐受性，常用于合成多烯烴、苯乙烯和聯(lián)苯的衍生物，從而應(yīng)用于眾多天然產(chǎn)物、有機材料的合成中。鈴木章也憑借此貢獻與理查德赫克、根岸英一共同獲得2010年諾貝爾化學獎。二、Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng)機理Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)的反應(yīng)機理通常是一個普通的催化循環(huán)過程。這個過程主要包括三個步驟： （1）氧化加成(oxidative addition) （2）轉(zhuǎn)移金屬化(transmetalation) （3）還原消除(reductive elimination)首先，鹵代芳烴與P

3、d(0)氧化加成后，與1mol的堿生成有機鈀氫氧化物中間物種，取代了鍵極性較弱的鈀鹵鍵，這種含有強極性的Pd-OH的中間體具有非常強的親電性；同時另1mol的堿與芳基硼酸生成四價硼酸鹽中間物種，具有非常強的富電性，有利于向Pd金屬中心遷移。利用這兩方面的協(xié)同作用從而形成有機鈀配合物Ar-Pd-Ar，再經(jīng)歷還原消除生成芳基偶聯(lián)的產(chǎn)物。實際上，此反應(yīng)機理與Heck反應(yīng)的機理相似，只是鍵的作用有所不同而已。這在這個循環(huán)過程中氧化加成通常被認為是反應(yīng)的控制步驟，這個反應(yīng)的活性很大程度上受到芳環(huán)上取代基性質(zhì)的影響，即推電子基團與供電子基團以及空間位阻的影響。鹵代芳烴反應(yīng)速度的排列順序是碘代芳烴溴代芳烴氯

4、代芳烴，因此在多鹵代物中就存在明顯的化學選擇性。如果芳環(huán)上有多個位置同時被同種鹵素原子取代，Suzuki反應(yīng)也有一定的區(qū)域選擇性：通常來說，相同結(jié)構(gòu)的鹵代烴，芳環(huán)上的負電荷越強，空間位阻越大，則反應(yīng)越慢。Suzuki反應(yīng)對于官能團的耐受性非常好，可以帶著多種官能團進行反應(yīng)，比如：-CHO,-COCH3,-COOC2H5,-OCH3,-CN,-NO2,-F等。當然還有其他方面的影響，如反應(yīng)中所用的堿的堿性、催化劑的價態(tài)、配體以及所用的溶劑都對Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng)有很大的影響。 1. 溶劑：在極性溶劑里此偶聯(lián)反應(yīng)的產(chǎn)率可以得到很大的提高：DMSO DMF dioxane tol

5、uene。 2. 堿：經(jīng)過驗證，KOAc是應(yīng)用于這個反應(yīng)最合適的堿，其他的如K3PO4或K2CO3這些堿性略強的堿會進一步使原料芳基鹵發(fā)生自偶聯(lián)反應(yīng)的結(jié)果。 3. 催化劑：對于制備溴代物和碘代物相應(yīng)的芳基硼酸酯，Pd(dppf)Cl2一般可以得到很好的結(jié)果，又由于其具有易于反應(yīng)的后處理的優(yōu)點，因此是實驗室目前最常用的一類催化劑。在Suzuki反應(yīng)中廣泛使用的催化劑還有Pd(PPh3)4。其它的配體還有：AsPh3,n-Bu3P,(MeO)3P，以及一些雙齒配體Ph2P(CH2)2PPh2(dppe)，Ph2P(CH2)3PPh2(dppp)等。 4. 反應(yīng)：在Suzuki芳基偶聯(lián)反應(yīng)中，通常要

6、求芳基硼酸的量相對于鹵代芳烴過量10，以保證應(yīng)有的產(chǎn)率，因為脫硼作用會造成芳基硼酸的損失，尤其是帶吸電子的芳基硼酸這種脫硼作用更為顯著，有時候，將芳基硼酸轉(zhuǎn)化為酯后再用于偶聯(lián)反應(yīng)，可減少反應(yīng)過程中硼酸的損失。 Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)主要有以下幾個優(yōu)點： (1)反應(yīng)條件相對較溫和，而且所用的各種硼酸及其衍生物相對于其他偶聯(lián)反應(yīng)中所用的有機金屬試劑對環(huán)境是很穩(wěn)定的，容易保存，也容易處理。 (2)反應(yīng)的后處理很容易，且含硼副產(chǎn)物相對于別的有機溶劑容易除去，這對于工業(yè)生產(chǎn)來說是很有優(yōu)勢的。(3)反應(yīng)中所用到的硼試劑相對于很多的官能團(例如羰基，羥基，氨基等)都是很穩(wěn)定的，這是由于硼原子的

7、電負性(2.0)接近碳原子的電負性(2.5)，而大大高于鋰，鎂以及大多數(shù)其他的過渡金屬原子(電負性值介于0.85-1.75之間)。 (4)由于其使用的是低毒性的硼試劑并產(chǎn)生無毒的硼副產(chǎn)物，為用綠色化學合成碳-碳鍵提供了一條有效途徑。三、Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)在有機合成中的應(yīng)用 自從1981年被Suzuki報道以后，Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng)方法主要應(yīng)用于不對稱聯(lián)芳烴的合成，在以鈀為催化劑通過鹵代芳烴和芳基硼酸的偶聯(lián)反應(yīng)得到了很多有趣的研究結(jié)果。而水相反應(yīng)、微波合成和固相合成等手段的引入大大豐富了這一方法。這些方法學的發(fā)展極大的促進了鈀催化的Suzuki-Miyaur

8、a反應(yīng)在材料合成和天然產(chǎn)物的合成中的應(yīng)用。目前具體主要應(yīng)用到以下幾個領(lǐng)域：1、合成聯(lián)苯基、聯(lián)萘基及其衍生物的(非)對稱聯(lián)芳烴。2、合成含雜原子（如氮、氧、硫等）的聯(lián)芳烴。3、合成液晶材料、非線性光學材料。4、合成白光材料。5、合成藥物。1、不對稱聯(lián)芳烴的合成。 Suzuki提出了這種類型的反應(yīng)條件即用硼酸與鹵代芳烴在化學計量的堿存在下Pd（0）為催化劑（通常以三苯基膦為配體）發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，后來這種反應(yīng)廣泛應(yīng)用于聯(lián)苯、聯(lián)萘的合成。舉例2如下：2、合成含雜原子（如氮、氧、硫等）的聯(lián)芳烴。最近Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)反應(yīng)也被大量的應(yīng)用于合成含雜環(huán)原子聯(lián)芳基化合物。3、合成液晶材料、非線性

9、光學材料。聯(lián)苯是一種重要的有機原料，由于其衍生物獨特的結(jié)構(gòu)而顯示出特殊的作用，聯(lián)苯類液晶具有優(yōu)良的光穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性等，是目前應(yīng)用最廣泛的一類液晶材料。以下是聯(lián)苯類液晶單元3的合成路線：4、合成白光材料。由湘潭大學化學學院朱衛(wèi)國教授有機光電功能材料課題組合成出來的一種雙核鉑配合物4，利用其聚集態(tài)與分子本身所發(fā)光混合后可以制得發(fā)白光的器件。另外該課題組也利用suzuki偶聯(lián)反應(yīng)合成出了一類有機偏振發(fā)光材料5。合成路線如下：5、合成藥物。(1) 1-烯基硼酸或其酯與1-溴代烯在Pd(PPh3)4或PdCl2(PPh3)2催化下得到“頭”-“頭”偶聯(lián)產(chǎn)物二烯，而且產(chǎn)率較高、反應(yīng)具有高區(qū)域選擇性和烯

10、烴構(gòu)型保持等特點。為高區(qū)域選擇性進行“頭”-“頭”偶聯(lián)(避免“頭”-“尾”偶聯(lián)產(chǎn)物)需用強堿，如NaOEt、NaOH。該方法已成功用于信息素Rombykol的合成。也已用于歐洲葡萄酒蛾、埃及棉葉蟲信息素的合成。 “頭”-“頭”偶聯(lián) “頭”-“尾”偶聯(lián)(2) D. S. Ennis等用Pd /C 做催化劑大批量的進行Suzuki-coupling反應(yīng)，以生產(chǎn)抗抑郁藥物，SB-245570。另外，不活潑4-甲基苯磺酸芳香酯、氟代芳烴、烷基溴、有位阻的2-取代或2,6-取代氯苯、芐基碳酸酯與芳基硼酸進行的Suzuki-Miyaura反應(yīng)也取得了進展。此外，銅()催化的Suzuki-Miyaura反應(yīng)

11、和釕()催化的Suzuki-Miyaura反應(yīng)也有報道。從以上的介紹可知，Suzuki反應(yīng)在高性能工程材料、導電高分子、非線性光電材料方面具有廣泛的用途6。20世紀90年代初期興起的利用Suzuki反應(yīng)在固相條件下進行組合化學的研究更加擴展了Suzuki反應(yīng)的應(yīng)用范圍。總的來說，Suzuki反應(yīng)不僅在科研方面有著廣闊的研究潛力，在工業(yè)生產(chǎn)方面也有著巨大的發(fā)展前景，人們還在不停地探索更加溫和更加經(jīng)濟的工業(yè)化的Suzuki反應(yīng)。參考文獻1.Miyarura N,Yanagi T,Suzuki A.Synth.Commun,1981,1;513.2.冀海英,新型聯(lián)芳共軛有機化合物的合成及其性能研究D,華東師范大學,物理化學,2009.3.董萬榮,具有潛在液晶性能的光學活性雙螺旋衍生物的設(shè)計與合成D,湖南大學,有機化學,2009. 4.Yafei Wang, Tetrahedron , 2011,67, 2118-21