第9章 鈀催化C-C鍵交叉偶聯(lián)反應(yīng)的機(jī)理

1、鈀催化C-C鍵交叉偶聯(lián)反應(yīng)及其機(jī)理Acc. Chem. Res. 2013, 46, 2626-2634.1. 1. 鈀催化鈀催化C-CC-C鍵交叉偶聯(lián)反應(yīng)鍵交叉偶聯(lián)反應(yīng)Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5062-5085.2 2. . 反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理 1 氧化加成氧化加成2 轉(zhuǎn)移金屬化轉(zhuǎn)移金屬化3 還原消除還原消除存在問題：存在問題：1 缺乏更為具體深入的理論和驗(yàn)證研究。缺乏更為具體深入的理論和驗(yàn)證研究。2 對于具體的因素和條件對于反應(yīng)的影響缺乏明確對于具體的因素和條件對于反應(yīng)的影響缺乏明確和系統(tǒng)解釋和依據(jù)，如配體、金屬和底物的類型和系統(tǒng)解釋和依據(jù)，如配體、金

2、屬和底物的類型對于反應(yīng)的影響。對于反應(yīng)的影響。2.1 2.1 氧化加成氧化加成 協(xié)同機(jī)理：協(xié)同機(jī)理：1 構(gòu)型保持構(gòu)型保持2 氣相反應(yīng)氣相反應(yīng)3 某些極性溶劑某些極性溶劑SN2機(jī)理：機(jī)理：1 構(gòu)型反轉(zhuǎn)構(gòu)型反轉(zhuǎn)2 液相反應(yīng)液相反應(yīng)1 位阻小的磷配體，按位阻小的磷配體，按SN2機(jī)理進(jìn)行，在烷基位置反應(yīng)。機(jī)理進(jìn)行，在烷基位置反應(yīng)。2 位阻大的磷配體，按協(xié)同機(jī)理進(jìn)行，在芳基位置反應(yīng)。位阻大的磷配體，按協(xié)同機(jī)理進(jìn)行，在芳基位置反應(yīng)。Chem. Eur. J. 2010, 16, 13390-13397.2.2 2.2 轉(zhuǎn)移金屬化轉(zhuǎn)移金屬化 Suzuki couplings Suzuki couplings

3、 1 1 Pathway 0Pathway 0: : 沒有堿反應(yīng)不能進(jìn)行。沒有堿反應(yīng)不能進(jìn)行。2 2 Pathway APathway A: : 主要的反應(yīng)途徑，堿首先活化主要的反應(yīng)途徑，堿首先活化硼酸。硼酸。3 3 Pathway BPathway B: : 與與Pathway APathway A屬于競爭反應(yīng)，屬于競爭反應(yīng)，堿首先活化鈀中間體。堿首先活化鈀中間體。StilleStille couplings couplings 1 1 環(huán)合機(jī)理環(huán)合機(jī)理A A：鈀過渡態(tài)上只有一個(gè)配體配位：鈀過渡態(tài)上只有一個(gè)配體配位B B：有利于配體離去的特性（大位阻的磷配體）：有利于配體離去的特性（大位阻的

4、磷配體）C C：環(huán)合步驟為決速步（：環(huán)合步驟為決速步（F F取代取代ClCl降低能壘，降低能壘，AuAu降低環(huán)合過降低環(huán)合過渡態(tài)的位阻）渡態(tài)的位阻）2 2 線性機(jī)理線性機(jī)理A A：鈀過渡態(tài)上有兩個(gè)配體配位：鈀過渡態(tài)上有兩個(gè)配體配位B B：有利于：有利于X X基團(tuán)離去的特征（極性溶劑、三氟磺酸基）基團(tuán)離去的特征（極性溶劑、三氟磺酸基）C C：錫試劑取代：錫試劑取代X X基團(tuán)是最高能壘基團(tuán)是最高能壘NegishiNegishi couplings couplings 1 1 反式（反式（transtrans）過渡態(tài)比順式（）過渡態(tài)比順式（ciscis）的更容易生成）的更容易生成2 2 兩者是相互競

5、爭的反應(yīng)兩者是相互競爭的反應(yīng)3 3 只有順式過渡態(tài)可以轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物只有順式過渡態(tài)可以轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物4 4 順反式不會直接相互轉(zhuǎn)換順反式不會直接相互轉(zhuǎn)換 SonogashiraSonogashira couplings couplings 1 Cu(I)1 Cu(I)可以活化炔烴生成炔基銅可以活化炔烴生成炔基銅2 2 根據(jù)脫質(zhì)子和配體交換的順序，可以將機(jī)理分為根據(jù)脫質(zhì)子和配體交換的順序，可以將機(jī)理分為陽離子陽離子型機(jī)理型機(jī)理和和陰離子型機(jī)理陰離子型機(jī)理。3 3 離子型機(jī)理離子型機(jī)理與前兩種機(jī)理存在競爭關(guān)系，可以有效提高與前兩種機(jī)理存在競爭關(guān)系，可以有效提高反應(yīng)速率。反應(yīng)速率。4 4 離子離子型

6、型機(jī)理機(jī)理中堿有兩個(gè)作用：結(jié)合質(zhì)子和鹵素（吸電基中堿有兩個(gè)作用：結(jié)合質(zhì)子和鹵素（吸電基有利于反應(yīng)進(jìn)行）有利于反應(yīng)進(jìn)行）C-HC-H活化芳基化反應(yīng)活化芳基化反應(yīng)1 1 轉(zhuǎn)移金屬化過程是反應(yīng)的決速步轉(zhuǎn)移金屬化過程是反應(yīng)的決速步2 2 鈀不與氫原子直接作用，堿與質(zhì)子結(jié)合后形成卡賓可以鈀不與氫原子直接作用，堿與質(zhì)子結(jié)合后形成卡賓可以與鈀結(jié)合形成穩(wěn)定的環(huán)狀過渡態(tài)與鈀結(jié)合形成穩(wěn)定的環(huán)狀過渡態(tài)3 3 C Concerted oncerted metalationmetalation deprotonationdeprotonation (CMD(CMD) )機(jī)理機(jī)理2.3 2.3 還原消除還原消除 transciscis1 1 只有順式產(chǎn)物會進(jìn)行還原只有順式產(chǎn)物會進(jìn)行還原消除消除2 2 還原消除過程不可逆還原消除過程不可逆3 3 過渡態(tài)能過渡態(tài)能壘大?。簤敬笮。簐inyl vinyl PhPh ethynylethynyl MeMe， 馬馬來酰胺來酰胺 “empty” “empty” ethylene ethylene PMe PMe3 3 MeCNMeCN4 4 能壘大小與能壘大小與 電子接受能力成反比，因此電子接受能力成反比，因此 電子接受電子接受能力差的配體（能力差的配體（PMePMe3 3）會