清華大學有元素機化學交叉偶聯反應課件

1、清華大學有元素機化學交叉偶聯反應第七章第七章 過渡金屬有機化合物催化的交叉偶聯反應過渡金屬有機化合物催化的交叉偶聯反應7.1 Kumada偶聯反應7.2 Suzuki偶聯反應7.3 Stille偶聯反應7.4 Negishi偶聯反應7.5 Sonogashira反應7.6 Heck反應7.7 其它偶聯反應清華大學有元素機化學交叉偶聯反應交叉偶聯反應定義交叉偶聯反應定義 在過渡金屬配合物的催化下，RX與非過渡金屬有機化合物RM形成碳碳鍵（RR）的反應。RX + RMMR RX= I, Br, Cl, OTfM= Pd, Ni, Fe, RhM= Mg, B, Sn, Zn 交叉偶聯反應的效率高、

2、選擇性好、反應條件溫和，是現代有機合成有效手段。清華大學有元素機化學交叉偶聯反應7.1 Kumada偶聯反應 Kumada偶聯反應是在鎳配合物催化下， Grignard試劑與鹵代烴之間的交叉偶聯反應。RX + RMgXNiR RKumada 1972首次報道反應常用的催化劑: 雙齒膦配位的鎳有機配合物反應底物：鹵代芳烴、乙烯基鹵代烴和烷基、芳基Grignard試劑清華大學有元素機化學交叉偶聯反應Kumada偶聯反應機理L2NiXX2 RMgXMgX2L2NiRRR RNiL2L2NiRXRXL2NiRRRMgXRR(0) Grignard試劑對鎳有機配合物的Ni-X鍵烴化, 還原消除, 生成N

3、i0(1) Ni0 配合物與鹵代烴發(fā)生氧化加成，生成Ni(II)(2) Grignard試劑對新生成的Ni(II) 配合物的Ni-X鍵烴化(3) 還原消除生成偶聯產物與Ni0清華大學有元素機化學交叉偶聯反應7.2 Suzuki-Miyaura偶聯反應在零價鈀配合物作用下，鹵代烴與有機硼酸的交叉偶聯反應。優(yōu)點：有機硼酸穩(wěn)定、無毒、經濟易得；反應條件溫和、官能團兼容性好；空間位阻影響不大、產率高、選擇性好。RX+RB(OH)2PdRRbaseXB(OH)2base+Suzuki和Miyaura 1971報道清華大學有元素機化學交叉偶聯反應Suzuki-Miyaura偶聯反應催化劑* 早年, 單齒膦

4、配位的零價鈀配合物，如P(PPh3)4* 環(huán)鈀配合物* 鰲合鈀配合物PPdOAcTol-oo-Tol2OPPdOArArOCl2RSPdClR2PdRRPAr2Cl2清華大學有元素機化學交叉偶聯反應Suzuki-Miyaura偶聯反應底物堿在Suzuki偶聯反應中的作用不加堿Suzuki偶聯反應不能進行，常用的堿包括：無機堿如碳酸鉀、碳酸銫、磷酸鉀、氟化鉀、氫氧化鉀等；有機堿如胺、醇鈉。有機硼酸：芳基硼酸、烯基硼酸、炔基硼酸 烷基硼酸活性較低。鹵代烴：芳基、烯基三氟甲磺酸酯、磺酸酯。清華大學有元素機化學交叉偶聯反應Suzuki-Miyaura偶聯反應機理Pd(0)ArPdXArPdORArPd

5、ArArXNaORNaXArB(OH)2ROB(OH)2ArAr清華大學有元素機化學交叉偶聯反應7.3 Stille偶聯反應 Stille 反應被定義為在Pd催化下, 有機錫試劑與有機親電試劑之間的交叉偶聯反應. +Pd(0)+有機錫試劑親電試劑R1SnR23R1-R3R3-XR23SnX R1一般是不飽和基團，但有時也可以是烷基；R2一般是不能轉移的基團，例如：甲基和丁基等.親電試劑一般是鹵化物，例如：I、Br、Cl和磺酸酯等:烯基、芳基和雜環(huán)鹵化物烯丙基、芐基和炔丙基鹵化物酰氯 烷基鹵化物 清華大學有元素機化學交叉偶聯反應特點：* 有機錫試劑對空氣和水不敏感，可以被方便的純化和儲存；* S

6、tille 反應本身對空氣和水也不敏感，有時微量的水和空氣 甚至還可以促進反應的進行；* 反應選擇性好和對底物的兼容性強，通常不與其它官能團發(fā) 生反應，因此可以省略許多保護步驟；* Stille 反應的產物是錫鹽，分離相對容易。 清華大學有元素機化學交叉偶聯反應Stille 偶聯反應機理PdX2R2SnBu3R2PdR22X SnBu32R2R2Pd0R1PdXR1PdR2R1XR2SnBu3X SnBu3清華大學有元素機化學交叉偶聯反應7.4 Negishi偶聯反應RX + RMPd(0) or Ni(0)R R+ MXEtEtZrCp2ClMeBrCO2MePd(PPh3)4ZnCl2Et

7、MeCO2Me+Et 在零價鎳、鈀配合物催化下，鋁、鋅、鋯有機化合物與鹵代烴、三氟甲磺酸酯等之間的偶聯反應。* Negishi偶聯反應添加劑ZnCl2Time(h)Yield %00 22510211728582研究結果證實：CdCl2、TiCl4、SnCl4、InI3、InCl3等都有效；其中InCl3最有效清華大學有元素機化學交叉偶聯反應* Negishi偶聯反應底物RBrcat. I2ZnRZnBrArX cat. NiRArR+ HAliBu2HAliBu2R鋁、鋅、鋯有機化合物對空氣敏感，操作比較麻煩，故應用較少。R+ HZrCp2ClHZrCp2ClROL, 2003, 5, 42

8、3清華大學有元素機化學交叉偶聯反應* Negishi偶聯反應選擇性 鋁、鋅、鋯有機化合物在Negishi偶聯反應中，都不會與鹵代烴發(fā)生烴基交換，也不會與酮、酯、酰胺的羰基發(fā)生加成反應而導致選擇性行下降，故該反應的官能團兼容性好。在合成多個不飽和鍵分子時, Negishi偶聯反應顯示出其獨到之處。IBr清華大學有元素機化學交叉偶聯反應7.5 Sonogashira偶聯反應n經典反應：L=PhP3，base=amine* Pd是昂貴金屬* 末端炔烴的投入一般是過量的* 在催化體系中用于吸收鹵化氫的有機胺的毒性大且污染環(huán)境* 對水和氧氣很敏感，需要使用惰性氣體和干燥溶劑清華大學有元素機化學交叉偶聯反

9、應反應機理催化體系的改進催化體系的改進配體改進無CuI（Copper-Free）條件的實現無Pd（Palladium-Free）條件的實現?無配體（Ligand-Free）條件的實現清華大學有元素機化學交叉偶聯反應反應環(huán)境的改進反應環(huán)境的改進毒性大，污染環(huán)境用于吸收反應產生的鹵化氫經典反應采用有機胺現常用無機離子型堿試劑（如K2CO3, Na2CO3, CsCO3等）清華大學有元素機化學交叉偶聯反應二價過渡金屬有機化合物還原方式二價過渡金屬有機化合物還原方式, 以以Pd(OAc)2：Pd(OAc)2+ Ph3PPd OAcPh3PPh3POAcOPPh2PdOAcOPPh3OAcPh3P Pd

10、(0) + Ac2O + Ph3P O* 配體還原膦配體起還原基作用三乙胺做為還原劑PdX2+ Et3NN PdXXEtEtHHPdXPd0) + Et3N HXNEt2配體交換配體交換清華大學有元素機化學交叉偶聯反應* 非過渡金屬有機化合物還原Pd(PPh3)2Cl2+ 2 EtMgClPd(PPh3)2+ EtH + H2C CH2+ 2 MgCl2Pd(PPh3)2Cl2+ 2 ArMgClPd(PPh3)2+ ArAr + 2 MgCl2Pd(PPh3)2Cl2+ 2 ArB(OH)2Pd(PPh3)2+ ArAr + 2 B(OH)3+ 2 OH-+2 Cl-清華大學有元素機化學交叉偶聯反應* 原料不飽和烴還原Heck反應中的原料烯烴也能將二價鈀還原PdL2X2PdL2X2PdL2XXHPdL2XXPdL2+HX清華大學有元素機化學交叉偶聯反應7.6 Heck反應Pd(0) or Pd(II)precatalystpre-activationPdL2R1XPd LLXR1oxidativeadditionPdLXR1R2R2LPd L