偶聯(lián)反應(yīng)及舉例

1、偶聯(lián)反應(yīng)，也寫作偶合反應(yīng)或耦聯(lián)反應(yīng)，是兩個(gè)化學(xué)實(shí)體(或單位)結(jié)合生成一個(gè)分子的有機(jī)化學(xué)反應(yīng) 狹義的偶聯(lián)反應(yīng)是涉及有機(jī)金屬催化劑的碳-碳鍵形成反應(yīng)，根據(jù)類型的不同，又可分為交叉偶聯(lián)和自身偶 聯(lián)反應(yīng)。在偶聯(lián)反應(yīng)中有一類重要的反應(yīng)，RM(R =有機(jī)片段，M =主基團(tuán)中心)與RX的有機(jī)鹵素化合 物反應(yīng)，形成具有新碳-碳鍵的產(chǎn)物R-R。1?由于在偶聯(lián)反應(yīng)的突出貢獻(xiàn)，根岸英一、鈴木章與理查德赫 克共同被授予了 2010年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。?2偶聯(lián)反應(yīng)大體可分為兩種類型：交叉偶聯(lián)反應(yīng)：兩種不同的片段連接成一個(gè)分子，如：漠苯？ (PhBr)與氯乙烯形成苯乙烯(PhCH=CH2)。自身偶聯(lián)反應(yīng)：相同的兩個(gè)片段形成

2、一個(gè)分子，如：碘苯？(PhI)自身形成?聯(lián)苯？(Ph-Ph)。反應(yīng)機(jī)理編輯偶聯(lián)反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理通常起始于有機(jī)鹵代烴和催化劑的氧化加成。第二步則是另一分子與其 發(fā)生金屬交換，即將兩個(gè)待偶聯(lián)的分子接于同一金屬中心上。最后一步是還原消除，即兩個(gè) 待偶聯(lián)的分子結(jié)合在一起形成新分子并再生催化劑。不飽和的有機(jī)基團(tuán)通常易于發(fā)生偶聯(lián)， 這是由于它們?cè)诩雍弦徊剿俣雀?。中間體通常不傾向發(fā)生B-氫消除反應(yīng)。3在一項(xiàng)計(jì)算化學(xué)研究中表明，不飽和有機(jī)基團(tuán)更易于在金屬中心上發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。4還原 消除的速率高低如下：乙烯基一乙烯基 苯基一苯基 炔基一炔基 烷基一烷基不對(duì)稱的R-R形式偶聯(lián)反應(yīng)，其活化能壘與反應(yīng)能量與相應(yīng)的對(duì)稱

3、偶聯(lián)反應(yīng)R-R與R-R 的平均值相近，如：乙烯基一乙烯基 乙烯基一烷基 烷基一烷基。另一種假說認(rèn)為，在水溶液當(dāng)中的偶聯(lián)反應(yīng)其實(shí)是通過自由基機(jī)理進(jìn)行，而不是金屬一參與 機(jī)理。5催化劑編輯偶聯(lián)反應(yīng)中最常用的金屬催化劑是鈀催化劑，有時(shí)也使用鎳與銅催化劑。鈀催化劑當(dāng)中常用 的如：四(三苯基麟)鈀等。鈀催化的有機(jī)反應(yīng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如：官能團(tuán)的耐受性強(qiáng)，有機(jī)鈀 化合物對(duì)于水和空氣的低敏感性。如下一些關(guān)于鉆催化的偶聯(lián)反應(yīng)的綜述6，鈀7891011和鎳12 介導(dǎo)的反應(yīng)以及 它們的應(yīng)用1314。離去基團(tuán)編輯離去基團(tuán)X在有機(jī)偶聯(lián)反應(yīng)中，常常為漠、碘或三氟甲磺酰基。較理想的離去基團(tuán)為氯，因 有機(jī)氯化合物相對(duì)其他的這些

4、離去基團(tuán)更廉價(jià)易得。與之反應(yīng)的有機(jī)金屬化合物還有錫、鋅 或硼。操作條件編輯雖然大多的偶聯(lián)反應(yīng)所涉及的試劑都對(duì)于水和空氣極其敏感，但不可認(rèn)為所有的有機(jī)偶聯(lián)反 應(yīng)需要絕對(duì)的無(wú)水無(wú)氧條件。有些有機(jī)鈀介導(dǎo)的反應(yīng)就可在水溶液中，使用三苯基麟和硫酸制備的磺化麟試劑進(jìn)行反應(yīng)。15?總體來(lái)講，空氣中的氧氣能夠影響偶聯(lián)反應(yīng)，這是因?yàn)?大多這類反應(yīng)都是通過不飽和金屬絡(luò)合物發(fā)生反應(yīng)，而這些絡(luò)合物都不滿足18共價(jià)電子的 穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。偶聯(lián)反應(yīng)類型編輯常見的偶聯(lián)反應(yīng)包括:反應(yīng)名稱反應(yīng)物B類型類型催化劑備注武茲反應(yīng)R-XR-X自身以Na消除反應(yīng)物的鹵原子格拉澤偶聯(lián)反應(yīng)RC三CHRC三CH自身Cu氧氣作為H受體烏爾曼反應(yīng)Ar-

5、XAr-X自身Cu高溫岡伯格-巴克曼反 應(yīng)Ar-HAr-NX2自身需堿參與Cadiot-Chodkiewicz偶聯(lián)反應(yīng)RC三CHRC三CX交叉Cu需堿參與Castro-Stephens偶聯(lián)反應(yīng)RC三CHAr-X交叉Cu吉爾曼試劑偶聯(lián) 反應(yīng)RCuLi2R-X交叉Cassar反應(yīng)烯烴R-X交叉Pd需堿參與熊田偶聯(lián)反應(yīng)（Ar-MgBrAr-X交叉Pd orNi赫克反應(yīng)烯烴R-X交叉Pd需堿參與菌頭偶聯(lián)反應(yīng)RC三CHR-X交叉Pd andCu需堿參與根岸偶聯(lián)反應(yīng)R-Zn-XR-X交叉Pd orNi施蒂勒反應(yīng)R-SnR3R-X交叉Pd鈴木反應(yīng)R-B(OR)2R-X交叉Pd需堿參與Hiyama偶聯(lián)反應(yīng)R-

6、SiR3R-X交叉Pd需堿參與Buchwald - Hartw ig偶聯(lián)反應(yīng)R2N-R SnR3R-X交叉PdN-C偶聯(lián)反應(yīng)福山偶聯(lián)反應(yīng)RCO(SEt)R-Zn-I交叉Pd偶聯(lián)反應(yīng)百度百科自由基偶聯(lián)反應(yīng)酯等羰基化合物在金屬還原下，會(huì)形成雙分子偶聯(lián)產(chǎn)物（偶姻反應(yīng)）。例如:芳基重氮鹽與不飽和化合物在氯化亞酮的作用下，可以發(fā)生芳基化反應(yīng)（Meerwein反 應(yīng)）。例如：OCOCH_3CuCl37oCCH3CuCl 35-45%1924年Gomberg和Bachmann發(fā)現(xiàn)，芳香重氮鹽在堿性條件下與其它芳香族化合物偶聯(lián)生成聯(lián)苯或聯(lián)苯衍生物。反應(yīng)是通過自由基歷程進(jìn)行的。N2+Cl-+NaOH五、過渡金屬

7、催化偶聯(lián)反應(yīng)偶聯(lián)反應(yīng)（Coupling reaction）是兩個(gè)化學(xué)實(shí)體（或單位）結(jié)合生成一個(gè)分子的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。狹義的偶聯(lián)反應(yīng)是涉及有機(jī)金屬催化劑的碳-碳鍵生成反應(yīng)，根據(jù)類型的不同， 又可分為交叉偶聯(lián)和自身偶聯(lián)反應(yīng)。下面對(duì)各種偶聯(lián)反應(yīng)作簡(jiǎn)單介紹。1）Wurtz-Fittig 反應(yīng)1855年，法國(guó)化學(xué)家Wurtz發(fā)現(xiàn)鹵代烷和金屬鈉作用后，生成了含碳原子數(shù)增加1倍 的烷烴。上述反應(yīng)對(duì)伯鹵代烷較為適宜，叔鹵代烷則形成烯烴。反應(yīng)可能形成有機(jī)鈉中間體， 屬于Sn2歷程。例如：2 EtOOCNa, Ph(CdEtOOCCOO Et德國(guó)化學(xué)家費(fèi)提希用金屬鈉、鹵代烷和鹵代芳烴一起反應(yīng)，得到了烷基芳烴，稱為“

8、武 爾茲-費(fèi)提希反應(yīng)”。本法收率較高，副產(chǎn)物容易分離，是一種重要的制備烷基芳烴方法。Glaser偶聯(lián)反應(yīng)1869年，Glaser發(fā)現(xiàn)末端炔烴在亞銅鹽、堿以及氧化劑作用下，可以形成二炔烴化合 物。例如：廠、 3%也里 = = 廠; 60%Ullmann 反應(yīng)Ullmann偶合反應(yīng)是有機(jī)合成中構(gòu)建碳一碳鍵最重要的方法之一。Ullmann偶合反應(yīng)首 次報(bào)道1901年，它通常是利用銅作為催化劑，催化鹵代芳烴發(fā)生偶合反應(yīng)生成聯(lián)苯及其衍 生物。一般反應(yīng)式為：2 ArXAr-Ar X= C、Br、INCCN 85%目前該反應(yīng)的底物范圍、反應(yīng)條件以及催化劑等都有了較大的改進(jìn)。例如:10mol%PdCl2(PP

9、h)3 OTfNCZn, DMF,90oC, 4h4)Cadiot-Chodkiewicz 偶聯(lián)反應(yīng)炔基鹵化物與末端炔烴在亞銅鹽催化下，可以形成二炔烴。例如:R CBr + HCRCuCl :NH2OH.HClR76%R = CH3(CH2)13; R = CH2CH2CH2COOHCastro-Stephens 偶聯(lián)反應(yīng)反應(yīng)性較低的芳基鹵化物與炔化亞銅反應(yīng)，可生成收率很高的炔基芳香化合物。Kumada偶聯(lián)反應(yīng)格氏試劑與鹵代烴在Ni或Pd催化下，會(huì)發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。該反應(yīng)由Kumada在1972年 發(fā)現(xiàn)。格氏試劑與鹵代烷烴、乙烯基鹵、鹵代芳烴在Ni催化下的偶聯(lián)反應(yīng)，成本低，易于工業(yè) 化。不過，該反

10、應(yīng)局限于哪些直接不會(huì)與格氏試劑反應(yīng)的鹵代烴。因此，該反應(yīng)在合成苯乙 烯型化合物以及不對(duì)稱聯(lián)苯型化合物時(shí)比較適用。5)6)n-BuMgBrRNi or Pd ,RNiCgdppek |在Pd催化下，鹵代烴的反應(yīng)性大小順序?yàn)椋篒 Br Cl；而在Ni催化下，其活性順序 為：Cl I Br。上式中dppe為Ph PCH CH PPh的縮寫。Heck 反應(yīng)2Heck反應(yīng)是一類重要的鹵代芳烴烯基化、形成新的C-C鍵的合成反應(yīng),1972年由Heck 發(fā)現(xiàn)，近幾年來(lái)一直是催化化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的研究熱點(diǎn)。Heck反應(yīng)是由一個(gè)不飽和鹵代烴 （或三氟甲磺酸鹽）和一個(gè)烯烴在堿和鈀催化下生成取代烯烴的一個(gè)反應(yīng)。催化劑主

11、要有氯 化鈀，醋酸鈀，三苯基麟鈀，CuI等；載體主要有三苯基麟，BINAP等；所用的堿主要有三 乙胺，碳酸鉀，醋酸鈉等。溶劑以DMF、NMP等極性非質(zhì)子溶劑為主。Ar_,conh254%8）Sonogashira 偶聯(lián)反應(yīng)Sonogashira反應(yīng)是一類由金屬鈀催化的末端炔烴與sp2型碳的交聯(lián)耦合反應(yīng)，是目前 合成C-C鍵的主要方法之一。Sonogashira反應(yīng)一般利用均相鈀鹽作催化劑，在一定量的 CuI和適當(dāng)量的胺堿存在下在極性溶劑介質(zhì)中進(jìn)行的。例如，Pd/C作為一種非常高效的催 化劑，在PPh3存在的條件下，可催化多種炔烴與4-漠-6-甲基-2-毗喃酮反應(yīng)，可高產(chǎn)率地 得到目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率

12、高達(dá)到80%90%。R9）Negishi偶聯(lián)反應(yīng)Negishi反應(yīng)是一類由Ni或Pd催化的有機(jī)鋅試劑與鹵代烴間的偶聯(lián)反應(yīng)，適用于制備 不對(duì)稱的二芳基、二芳基甲烷、苯乙烯型或苯乙炔型化合物。鹵代雜環(huán)芳烴也可以進(jìn)行類似 的反應(yīng)。常見的反應(yīng)類型如下所示：R ZnClrch2 烯基 芳基 烯丙基芐基 a -烷氧基烴基 烴基11）Suzuki 反應(yīng)1979年，Suzuki發(fā)現(xiàn)苯基硼酸與漠代苯在Pd （0）催化下，在堿性介質(zhì)中可以發(fā)生交 叉偶聯(lián)反應(yīng)，形成不對(duì)稱聯(lián)苯化合物。例如：3 mol% Pd（PPh3）4, K2CO.BO2 + r *C6H6RNMe2RRL =NMe2目前，該反應(yīng)的范圍已經(jīng)擴(kuò)大到鹵代烷烴、鹵代烯烴、鹵代炔烴以及一些三氟甲基磺酸 酯；芳基硼酸可以用烴基三氟硼酸鉀（RBF#）、有機(jī)硼烷和硼酸酯代替。例如：RX + R BBN-96 mol% NiCl2. 8 mol% L KOBu-t, HOBu-t. Dioxane rt. 24h12）Hiyama偶聯(lián)反應(yīng)乙烯基鹵、三氟甲基磺酸1988年Hiyama發(fā)現(xiàn)有機(jī)硅烷在Pd催化下，也可以與鹵代芳烴、芳基酯等發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。硅烷分子中含有鹵素原子對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行有利。該反應(yīng)的最大特點(diǎn)是 可以利用有機(jī)硅烷代替毒性大的有機(jī)錫試劑。例如