suzuki反应

Suzuki偶联反应
报告人：王辉 2011.10.15
内容简介
1. 前言
2. Suzuki反应的影响因素
3. Suzuki偶联反应的研究进展
4. Suzuki反应的应用
5. 结论和展望
6. 谢谢
1. 前言
1.1 引言 在过 渡金属催化的芳基偶联反应中，Suzuki等 人1981年开发的在Pd(PPh3)4催化下，芳基硼酸与 溴或碘代芳烃的交叉偶联反应被称为Suzuki芳基偶 联反应。该反应因具有反应条件温和、可容忍多种 活性官能团、受空间位阻影响不大、产率高以及芳 基硼酸经济易得且对潮气不敏感等优越性而成为普 遍适用的C’一 C, 键偶联方法，倍受有机及高分子 合成工作者的青睐。
2.3.2.1 有关Ni催化剂的一些报道
1. 1995年，Percec等报道了以1,1’-二（二苯基膦） 二茂铁（dppf）为配体的Ni催化剂NiCl2(dppf)/Zn可以 催化各种磺酸芳基酯与苯硼酸的Suzuki反应，在相同 情况下，Ni催化剂的效果明显好于Pd催化剂。
2. 1996年，Saito等首次报道了NiCl2 (dppf)/BuLi可以有 效催化氯代芳烃参与的Suzuki反应，并且催化效果很 好。
3. Suzuki偶联反应的研究进展 （配体的发展）
3.1 催化氯代芳烃的Suzuki偶联反应
Fu等合成了二茂铁衍生物膦配体1、2、3、4对氯 代芳烃均表现了很好的催化活性。
Verkade等合成一系列具有非常大空间位阻的双 环笼状配体5具有高催化活性。 Capretta等合成了类金刚烷式配体6对芳环上有吸 电子和给电子基团均表现出非常好的催化活性。 Hreemann等合成了卡宾配体7对氯甲苯与苯硼酸 催化效果较好。早些时候Nolan等报道了咪唑盐8在反 应中原位生成卡宾，极大的提高了Pd2（dba）3的催 化活性。
2.1.2 其他的亲电试剂
2.1.2.1 芳香三氟甲基磺酸酯与苯硼酸的Suzuki反应 在不同的芳香磺酸酯中，芳香三氟甲基磺酸酯的 反应活性最高， 当三 氟甲基磺酸酯的芳基上带吸电 子基时，有利于偶联反应;但与溴代或碘代芳烃的活性 相比，I > Br> OMs
2.1.2.2 芳基重氮盐与芳基硼酸的Suzuki反应
有时候可以将大位阻芳基硼酸转化为硼酸酯，可 以取得满意的结果。
2.2.2.2 含敏感功能团的芳基硼酸参与Suzuki偶联反应
2-醛基苯硼酸和2-碘甲苯在Na2CO3水溶液和DME中 80℃反应, 目标化合物的收率只有39%. 提高收率的一 个方法是: 使用相应的芳基硼酸酯代替芳基硼酸, 以无 水K3PO4为碱, 用DMF作溶剂, 收率可以提高到89%。
2.3.1.2 Pd催化的Suzuki反应的研究现状 目前，Suzuki 偶联反应的研究主要在以下几个方 向： 1. 合成并筛选能够在温和的条件下高效催化卤代 芳烃（特别是氯代芳烃）的配体； 2. 多相催化体系的Suzuki偶联反应研究； 3. 应用于Suzuki பைடு நூலகம்联反应的新合成方法研究。
2.3.2 Ni催化的Suzuki反应
酸反应难以进行。
2. Suzuki反应的影响因素
2.1 亲电试剂 2.1.1 卤代芳烃 溴代或碘代芳烃是Suzuki芳基偶联反应中常见 的亲电试剂，反应中能容忍多种官能团(如-CHO, COCH3, -COOC2H5，-OCH3, -CN, -N02, -F等)，且 金属有机化合物在偶联反应中，不会分解。
1.2 Suzuki反应的通式
Suzuki芳基偶联反应可表示为：
1.3 Suzuki反应的机理
Suzuki 偶联反应的催化循 环过程通常认为先是Pd(0)与卤 代芳烃发生氧化-加成反应生成 Pd(II) 的络合物1，然后与活化 的硼酸发生金属转移反应生成 Pd(II)的络合物2，最后进行还 原-消除而生成产物和Pd(0)。
酯， Pd(dppf)Cl2一般可以得到很好的结果，具有后处 理的优点。对于氯代物，2001年Ishiyama经过研究发 现在 Pd(dba)2/2· 4PCy3(3-6mol %)的催化下此类反应 可以接近定量的进行 。
例子：
通过二硼烷频哪酯制备芳基硼酸酯示例
2.2.2 不同芳基硼酸参与的Suzuki偶联反应
Buchwald等合成了9、10、11、12四种配体催化 效果均较好。
3.2 催化其他卤代芳烃的Suzuki偶联反应
催化溴代芳烃和碘代芳烃与芳基硼酸的Suzuki偶 联反应常使用的配体如PPh3，PCy3和P（t-Bu）3等就 能取得好的效果。 Santelli等报道了一个四齿配体13能高效的催化 空间位阻大的溴代芳烃、溴代杂环烃以及吸电子基的 氯代芳烃。 Najera等报道了配体14催化4-溴代苯酚与苯硼酸 的Suzuki反应，效率很好。
Bedfold等合成了在空气和水中能稳定存在的钯 的二聚络合物15，对带有吸电子基和给点自己的溴代 芳烃均表现特别高的催化活性。
以上具有高催化活性的配体，他们具有的共性就是 电负性较强和空间位阻大，这是因为电负性较强的配体 是有利于氧化加成反应；空间位阻大的配体有利于还原 消除，因此，理想的配体应该 是有电负性强和空间位阻 大这两根基本特征，但同时也应该是经济可行的。
2.2.2.1 大位阻芳基硼酸参与Suzuki偶联反应 芳基硼酸的立体位阻对Suzuki偶联反应的影响比 芳基卤的立体位阻对Suzuki偶联反应的影响大得多。 当芳基硼酸的邻位是二取代物时, 反应的速率很慢, 收率很低。加入强碱水溶液如NaOH或Ba(OH)2, 以苯和 DME为溶剂对反应有显著的加速作用。碱的强度对 2,4,6-三甲基硼酸的偶联反应的影响次序是: Ba(OH)2> NaOH > K3PO4 > Na2CO3 > NaHCO3。但是, 用弱碱往往比用强碱反应干净一些。
2.3.2.2 关于Ni催化剂的研究
目前研究的Ni催化剂有： NiCl2(dppf),NiCl2(dppf)/Zn,NiCl2(dppf)/BuLi,NiCl2(PPh3)2/PPh 3,NiCl2(NEt3)2,NiCl(bipy),Ni(TPPS)3,Ni(COD)2,NiCl2(PPh3)2/nBuLi,Ni{P(OMe)3}2Cl2,NiCl2(PCy3)2等等，这些催化剂都是 在研究对不同体系下得出的比较好的催化效果，不能一概而 论，要针对不同体系选择合适的配体。
例子：
通过Grinard试剂制备单取代芳基硼酸
通过有机锂试剂制备单取代芳基硼酸
2.2.1.2 通过二硼烷频哪酯制备芳基硼酸酯 对于分子中带有酯基、氰基、硝基、羰基等官能
团的芳香卤代物来说, 无法通过有机金属试剂来制备 相应的芳基硼酸。1995年由Ishiyama通过二硼烷频哪 酯和芳基卤发生偶联反应制备相应的芳基硼酸酯 (yield:60-98%)。这个方法还有一个突出的优点就是 还可以原位制备硼酸酯, 然后“一锅法”和芳基卤反 应用于芳基-芳基偶联反应。
2.3.2.3 新型Suzuki反应Ni催化剂
1. 含N杂环卡宾的催化剂
2. 非均相的Ni的催化剂
3. 纳米Ni催化剂 4. 离子液体Ni催化剂 近些年来都有人从事这 些方面的研究并取 得了一定的成果。
2.3.2.4 Ni催化剂的特点
Ni催化剂对各类底物都有良好的催化效果，它的 适用性比Pd催化广，催化效果也可以和Pd媲美，对 不活泼底物的催化明显强于Pd催化剂。Ni催化剂价格 便宜，同时选用廉价的氯代芳烃作为反应物的话，并 且伴随着一些新型Ni催化剂性能稳定、使用方便，有 很高的工业应用价值，适合工业应用。
2.1.1.3 卤代芳烃对空间位阻的敏感性也存在着差异 碘代芳烃与芳基硼酸偶联对空间位阻不太敏感， 溴代芳烃对空间位阻比较敏感
2.1.1.4 氯代芳烃Suzuki反应 虽然氯代芳烃与Pd(0)的氧化加成存在较大的惰性 ，但这类卤代烃经济易得，更适于工业应用。采用常 用的催化剂Pd(PPh3)4时，只有当氯代芳烃引人吸电子 基团后，方能顺利地参与Suzuki芳基偶联反应，催化 剂以PCy3或双齿嶙配体即PP为配体时偶联产率更高 。
2.2.2.3 杂环芳基硼酸参与Suzuki偶联反应
3-吡啶基二乙基硼烷是一个对空气和水份稳定 的化合物,可以用来作杂环的芳化反应。
2.2.2.4 烷基硼酸参与Suzuki偶联反应
对于芳基卤和甲基硼酸(酯)参与的Suzuki反应, 收率一般都很低。近来有报道用甲基三氟硼酸钾代替 甲基硼酸, 取得了较好的结果。这种方法突出的优点 是试剂易于制备, 对空气稳定, 并且用于Suzuki偶联 反应一般可以得到较好的结果。
4. Suzuki反应的应用
4.1 应用于合成联芳环化合物
4.2 应用于和成共轭二烯烃类的化合物
4.3 应用于合成含杂原子的联芳环化合物
4.4 其他方法 Hiroa等以水作溶剂，室温下Pd/C 催化碘代苯酚 与芳基硼酸的Suzuki 偶联反应取得了非常好的结果。 这个方法因为号称清洁生产，对大规模生产具有很大 意义。
该反应的特征： 1. 溶剂：在极性溶剂里产率很高：DMSO≥ DMF > dioxane > toluene。 2. 碱：KOAc是应用于这个反应最合适的碱，其他的
如 K3PO4或 K2CO3这些碱性略强的碱会进一步使原料 芳基卤发生自偶联反应的结果。
3. 催化剂：对于制备溴代物和碘代物相应的芳基硼酸
2.3 催化剂的选择
2.3.1 Pd催化的Suzuki反应
2.3.1.1 Pd催化的Suzuki反应的特点 1. Suzuki反应催化剂主要是Pd(PPh3)4、Pd(OAc)2、 PdCl2、PdCl2(dppf)、Pd(OAc)2和Pd(PPh3)2Cl2等均 相催化剂。这类催化剂的活性较高,但其价格高、 化学稳定性较差、难以与反应液分离和回收再利 用等缺点也是不容忽视的 2. 芳基和烯基上若带有集团，则吸电子集团对氧化加成的促进作用要比给电子集团强。在Pd(II)的络 合物的还原-消除得到偶联产品的步骤中，相对的 速率为：aryl–aryl > alkyl–aryl > n-propyl–n-propyl > ethyl–ethyl > methyl–methyl