第11章 过渡金属有机配合物催化交叉偶联反应

R -X +
1
R B(OH)2
2
[Pd] base
R1-R2
+ XB(OH)2.base
(1)有机硼酸是稳定的、无毒，经济易得。
(2)反应条件温和、官能团兼容性好。
(3)受空间位阻影响不大、产率高、选择性好。
(4)广泛用于合成药物、液晶等精细化学品。
11.2.1 Suzuki偶联反应催化剂 早年，Suzuki反应的催化剂是单齿膦 配位的零价钯配合物，如Pd(PPh3)4。实 际上，许多催化剂前体是二价钯有机配 合物
• 碱在Suzuki偶联反应中的作用 通常，不加碱Suzuki偶联反应不能 进行。在Suzuki偶联反应中常使用碳酸钾、 碳酸铯、磷酸钾、甚至氟化钾，氢氧化 钾，有机碱等，最初使用的是醇钠。
11.2.2 Suzuki偶联反应底物 1. 有机硼酸 (1)有机硼酸可用Grignard试剂或锂有机化 合物对硼酸酯烃基化来制备 (2)也可以用烯烃或炔烃的硼氢化而制备 (3) Miyaura
（2）烯烃结构对区域选择性的影响
99 CO2Me 100 100 20 Me 90 10 80 Ph 79 CN 100 21 Ph 100 Ph Me Me 1 OBu 100 40 60 O CO2Me
N
11.5.4 Heck反应机理
[Pd2+] Et3N HCl Et3N Y R RPd2+X H R H Pd2+X H Y Y RPd2+X Y HPd2+X [Pdo] RX
序 号 9
10 11 12 13 14 15 16
配 体（L） 相对速率 Ph2P(C6F5)
PhP(C6F5)2 Ph3As Ph3Sb dppe dppp dppb dppf
24.3
950 1100 13.2 0.33 11.4 <0.2 <0.2
11.3.2 Stil1e偶联反应底物 1. 锡有机化合物中基团的活性 锡有机化合物中存在四个取代基。 若相同，在Stille偶联反应时哪一个取代 基参加反应都是一样的；若不同时就有 那类取代基优先反应的问题。如使用含 两种不同类型取代基的锡有机化合物作 试剂，就希望一种是活泼的，另一种是 惰性的。
11.1 Kumada偶联反应 Kumada偶联反应是在镍配合物催化 下，Grignard试剂与卤代烃间的交叉偶联 反应。 1960年Chatt和Shaw Grignard试剂 对镍配合物中Ni-X键的烃化反应； 1970年Uchino 二芳基镍配合物与 卤代烃R’-X反应生成新的芳基卤合镍和 联二芳烃。 Kumada将这两个化学计量反应组合 起来并实现了催化循环
11.4.4 Negishi偶联反应机理 其它的偶联反应一样， Negishi 偶联反 应也包括三个主要的反应步骤，即氧化加 成，亲核置换和还原消除反应。
11.5 Heck 反应 在三乙胺存在下，醋酸钯催化卤化 芳烃与烯烃反应生成苯乙烯型化合物， 称为Heck反应 。
X + CH2=CHCO2Me Pd(OAc)2 1mol% Et3N CO2Me + Et3N HCl
第11章 过渡金属有机配合物催化 交叉偶联反应
交叉偶联反应(cross-coupling reaction) 是指在过渡金属有机配合物催化下RX与非 过渡金属有机化合物R’-M’形成碳-碳键(RR’)的反应。(X=卤素、OTf、硼酸酯等离去 基团；R=烯基、芳基、联烯基、烯丙基、 苄基、炔基等)
R X
R -X +
1
R2SnR3
[Pd]
R1-R2
+ R3SnX
11.3.1 Stil1e偶联反应催化剂 Stil1e偶联反应催化剂是零价钯有机 配合物。零价的Pd(dba)2催化碘苯与三正 丁基-乙烯基合锡Stil1e偶联反应中，加入 配体对反应速度影响 。
表11-2 配体对Stil1e偶联反应速度影响
Br + Me Pd(OAc)2 IMes HCl CO2Bu Cs2CO3 DMAc Me 66% Base N Cl IMes HCl N－杂环卡宾 N CO2Bu
N
N
3 . Heck反应中的碱和溶剂 Heck反应中也需要碱，最常用的碱 是二异丙基乙基胺，三乙胺，三丁胺和 一些普通的无机碱，如NaOAc, KOAc, K2CO3, KHCO3等。
Pdo,Nio RX + R'M R-R' + MX
R=Alkenyl, aryl, allyl, benzyl, propargyl R'=Alkenyl, aryl, allyl, benzyl, propargyl, alkyl,alkynyl M=Al, Zn. Zr
11.4.2 Negishi偶联反应底物
11.2.4 Suzuki偶联反应机理
ArX Ar-Ar' Pd
o
ArPdAr'
ArPdX NaOR
ROB(OH)2 ArPdOR Ar'B(OH)2
NaX
图11-3 Suzuki偶联反应机理
11.3 Stil1e偶联反应 在钯配合物催化下，卤代烃与锡有 机化合物间的交叉偶联反应，称Stille偶 联反应 。
R R + HAl(Bu-i)2 H R R + HZrCp2Cl H ZrCp2Cl Al(Bu-i)2
11.4.3 Negishi偶联反应的选择性 锌、铝、锆等的有机化合物在Negishi 偶联反应中都不会与卤代烃发生烃基交换， 也不会与酮、酯、酰胺的羰基发生加成反 应而导致选择性下降，故该反应的官能团 兼容性好。
图11－4 Heck反应机理
11.6 Sonogashira偶联反应 在钯有机配合物、亚铜盐共催化下， 卤代烃与端炔烃间的偶联反应，称 Sonogashira偶联反应。
RX + H R1 Pdo/Cu+ R base R1 + HX.base
11.6.2 Sonogashira偶联反应机理
图11-5 Sonog反应中锡有机化 合物中取代基活性顺序如下 :
R > R > Aryl > RCH=CHCH2 ~ ArCH2 > CH3OCH2 > CnH2n+1
2. 卤代烃 在Stille偶联反应中，卤代烃包括： 卤代芳烃、卤代烯烃、卤代炔烃、苄基 卤化物、酰氯
11.4 Negishi偶联反应 Negishi 偶联反应是指在零价钯、镍 等配合物催化下锌、铝、锆等有机化合 物与卤代烃、三氟甲磺酸酯等之间的偶 联反应。
+
cat. M R' M' R R' X=I, Br, Cl, OTf... M=Pd, Ni, Fe, Rh... M'= Mg (Kumada) B (Suzuki) Sn (Stille) Zn (Negishi) ...
交叉偶联反应的效率高、选择性好、 反应条件温和，是在过渡金属有机配合 物催化下，非过渡金属有机化合物作为 有机合成试剂的典型代表，是现代有机 合成新的有效手段。
11.5.1 Heck 反应催化剂 1. 钯有机配合物 Heck 反应的催化活性物种是零价钯 有机配合物 Pd(PPh3)4,Pd2dba3,Pd(OAc)2, PdCl2(PhCN)2, PdCl2 (PPh3)2, PdCl2
2.催化剂体系中的配体 Heck反应催化剂中常加入膦配体。 仿膦（Phosphine mimics）配体，即 氮杂环卡宾
MgCl
L2Ni Ph
CH2=CHCH3 H NiL2 Ph
CH2CH2CH3 L2Ni Ph
CH2=CHCH3 Ph
+
PhH
PhCH2CH2CH3
2 . Kumada偶联反应中的立体化学
11.1.4 Kumada偶联反应机理
图11-1 Kumada偶联反应机理
11.2 Suzuki偶联反应 在零价钯配合物催化下，卤代烃与有 机硼酸的交叉偶联反应，称Suzuki偶联反 应。
RX + O B B O O R=Aryl, Alkenyl, Akynyl X=halogen, OTf O O Pd(0) O B R
2. 卤代烃 溴代芳烃是最早使用的Suzuki偶联反 应的底物，卤代芳烃和烯基卤的活性是I ＞Br＞Cl＞F。
11.2.3 Suzuki偶联反应的选择性 Suzuki偶联反应的立体选择性和区域 选择性都非常好，这是该反应最大的优 点。手性有机硼酸在进行Suzuki偶联反应 时构型也保持不变。烯基硼酸中烯基也 很少异构化。
11.1.1 Kumada偶联反应催化剂 该反应的催化剂是零价镍有机配合物
11.1.2 Kumada偶联反应底物 卤代芳烃和烷基、芳基Grignard试剂 是Kumada偶联反应底物。 11.1.3 Kumada偶联反应的选择性
1. Kumada偶联反应的化学选择性
L2Ni Ph + Cl L2Ni Ph Cl + MgCl
I + SnBu3 Pd(dba)2 L
序 号 1
2 3 4 5 6 7 8
配 体（L） PPh3
MePPh2 P(CH2CH2CN)3 (4-MeOC6H4)3P (4-FC6H4)3P (4-ClC6H4)3P (2-MeC6H4)3P (2-furyl)3P
相对速率 1
<0.07 <0.07 <0.07 0.60 0.71 35.2 105
11.5.2 Heck反应中的底物 1. 卤代烃 Heck反应中卤代芳烃和烯基卤化物 是常用的底物，卤素的活性次序是I＞Br ＞Cl。
5，烯烃 （1）烯烃结构对反应速度的影响 CH2=CH2 > CH2=CH-OAc > R速率 14000 970 CH2=CH-Me > CH2=CH-Ph > CH2=C(Me)Ph 220 42 1