Ni催化Suzuki反应的研究进展

2007年第26卷第5期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·615·化工进展Ni催化Suzuki反应的研究进展杨柳波，王利民，刘炼，潘笑娟(结构可控先进功能材料教育部重点实验室，华东理工大学精细化工研究所，上海 200237)摘要：综述了近年来镍催化的Suzuki偶联反应的研究进展。

回顾了各类卤代芳香烃、磺酸芳基酯、有机硼等底物参与的Suzuki反应在反应条件方面的改进，随着催化剂、配体、还原剂的活性提高，反应条件越来越温和。

比较了镍催化剂与钯催化剂的催化能力，镍催化剂向着稳定、高效、价廉的方向发展，且比钯催化剂适用范围广，是钯催化剂的理想替代品。

介绍了新型的含氮杂环卡宾及非均相镍催化剂的发展现状及其特点。

关键词：镍；催化剂；Suzuki反应中图分类号：O 625.1 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2007）05–0615–09Progress of Ni-catalyzed Suzuki reactionYANG Liubo，WANG Limin，LIU Lian，PAN Xiaojuan(Laboratory for Advanced Materials and Institute of Fine Chemicals，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China)Abstract：The progress of Ni-catalyzed Suzuki cross-coupling reaction is reviewed. For all kinds of haloarenes，arene sulfonates and organoborates，with the enhancement of the activity catalyst，ligand and reducing agent，the reaction conditions become milder. The catalytic capacities of Pd catalyst and Ni catalyst are compared，and Ni catalyst is found to become more stable，effective and cheap. Furthermore，Ni catalyst can catalyze more substrates，hence，it is an ideal substitute of Pd catalyst. Lastly，the development of Ni catalyst of heterocyclic carbenes，heterogeneous catalyst and their advantages are summarized.Key words：Ni；catalyst；Suzuki cross-coupling reaction1981年，Suzuki等发现在四–(三苯基膦)钯Pd(PPh3)4催化下，芳基硼酸可以与溴代芳烃或碘代芳烃发生交叉偶联反应[1]。

该类反应的反应条件不像其他偶联反应那样苛刻，反应的副产物少，芳基硼酸在空气中比较稳定,可以长期储存，毒性较小，一直是形成碳碳键的最有效的方法之一，引起研究者的广泛关注。

在其反应机理、底物、催化剂、碱及其他反应条件等诸多方面进行了深入研究[2]。

但Pd催化剂有着价格昂贵，且对经济易得的氯代芳烃催化活性较差。

直到1995年，Percec等[3]首次报道了以1, 1′-二(二苯基膦)二茂铁(dppf)为配体的镍催化剂NiCl2(dppf)/Zn可以催化各种磺酸芳基酯与苯硼酸的Suzuki反应；1996年，Saito等[4]首次报道了NiCl2(dppf)/BuLi可以有效催化氯代芳烃参与Suzuki反应。

从此，各种Ni催化的Suzuki反应文献陆续出现，与Pd催化剂相比，Ni催化剂价格便宜，比Pd催化剂稳定，对不活泼氯代芳烃有更好的催化活性，反应选择性好，是一种理想的Suzuki 反应催化剂。

1 卤代芳烃参与的Suzuki 反应1.1氯代芳烃氯代芳烃比溴代芳烃、碘代芳烃经济易得，但不活泼的氯代芳烃难以在Pd催化下发生Suzuki反应。

Ni原子半径比Pd原子的小，亲核性能力强[5]，容易活化C－Cl键，从而更容易催化不活泼的氯代收稿日期 2006–12–06；修改稿日期 2007–03–13。

第一作者简介杨柳波（1980—），男，硕士研究生。

联系人王利民，教授，博士生导师。

电话 021–64252758；E–mail wanglimin@。

化 工 进 展 2007年第26卷·616·芳烃参与Suzuki 反应。

1996年，Saito 等[4]首次报道了NiCl 2(dppf)可以催化氯代芳烃的Suzuki 反应，并比较了NiCl 2(dppf)和Pd(PPh 3)4对各种氯代芳烃的催化效果。

当氯代芳烃上接吸电基团时，NiCl 2(dppf)催化的产率通常超过95%，Pd(PPh 3)4和NiCl 2(dppf)的效果差不多，甚至更高，但对于接供电基团的氯代芳烃，Pd(PPh 3)4 的催化效果比NiCl 2(dppf)差得多，这说明Ni 催化剂对底物的电负性不如Pd 敏感，这正是Ni 催化剂的优点，使其有普遍的应用性。

Saito 小组[6]认为NiCl 2(dppf)作催化剂时应通过还原剂丁基锂(BuLi)或氢化二异丁基铝(DIBAH)得到Ni[0]来催化反应。

Indolese 等[7]发展了该体系，以对氯苯甲醚与苯硼酸的偶联反应为模板，发现在二氧六环为溶剂、K 3PO 4为碱时，95℃下NiCl2(dppf)不用还原剂也可以催化该反应。

Miyaura 等[8]发现NiCl 2(PPh 3)2/PPh 3在以甲苯为溶剂、K 3PO 4·n H 2O 为碱时，在80～100 ℃条件下也可以不用还原剂有效地催化Suzuki 反应。

邻位或者对位有吸电基的氯苯，产率很高，这可能是因为吸电基加快了氧化加成和金属交换的速率。

上述例子中NiCl 2所用的配体均为磷配体，Leadenter 等[9]发现了以三乙胺和联吡啶(bipy)为配体的非磷配体催化剂NiCl 2(NEt 3)2、NiCl 2(bipy)，与其他的含磷配体催化剂相比，它们容易制备，在空气中稳定，反应时不易分解。

NiCl 2(NEt 3)2在3%(物质的量分数)时就有稳定的催化效果，NiCl 2(bipy)的效果稍差。

与含磷配体的催化剂相比，NiCl 2(NEt 3)2 、NiCl 2(bipy)催化时不存在磷配体与反应物之间的副反应，是一种“干净”的催化剂。

常用的Ni 催化剂遇水会分解的，因此反应体系中不能有水。

Genet 等[10]发现含三(间磺酸钠基苯基)膦(TPPTS)的水溶性Suzuki 反应催化剂Ni(TPPTS)3。

Ni(TPPTS)3可以通过NiCl 2(dppe)、TPPTS 、Zn 在80 ℃的水中加热得到，作者用对氯苯乙酮与含各种取代基的苯硼酸反应为模板证实了该催化剂的催化效果，无论苯环上接供电基还是吸电基都有很高的产率，即使两个邻位上均有取代基也有满意的产率，它还能催化杂环硼酸和脂肪硼酸的Suzuki 反应。

以上介绍的Suzuki 反应都在高温下进行，Hu 等[5]发展了可以在室温下进行的Suzuki 反应，即用二-(环辛二烯)化镍Ni(COD)2或NiCl 2(PPh 3)2/n -BuLi 作催化剂。

用Ni(COD)2催化时，比较了多种配体的效果，其中PPh 3效果最好，PCy 3的效果和PPh 3相近，dppf 在高温时是一个好的配体，但在室温下效果差。

对Ni(COD)2/ PPh 3和Ni(COD)2/ PCy 3这两种催化体系的催化过程比较发现：对于Ni(COD)2/ PCy 3催化过程，可以检测到氧化加成的中间体，说明这一步不是慢步骤；对于Ni(COD)2/PPh 3催化过程，不能检测到氧化加成的中间体，说明这一步是慢步骤，即决定速率步骤。

对于NiCl 2(PPh 3)2/n -BuLi 作催化剂，发现其催化活性的发挥依赖于Ni(Ⅱ)的还原方式：当氯代芳烃存在时，NiCl 2(PPh 3)2可以被n -BuLi 还原为活性很高的Ni(0)催化剂，否则将得不到高活性的催化剂。

这说明不存在氯代芳烃时，仅凭PPh 3不能稳定Ni(0)，因此，使用NiCl 2(PPh 3)2/ n -BuLi 作催化剂，投料顺序非常重要。

Lu 等[11]合成了两种以二茂铁为骨架的含苯基磷的聚合物(见结构式1，2)，结构式1，2中R=C 6H 13。

R=C 6H 13聚合物1R=C 6H 13聚合物2研究发现它们可以用作Suzuki 反应配体。

在用物质的量分数3%Ni(COD)2催化Suzuki 反应时，加入物质的量分数9%的(1)或(2)对含供电或吸电基的氯代芳烃的催化效果和一般的双齿配体效果相当，它们只在较高的温度下起作用，并不能在室温下反应，这也和dppf 、1,4-二(二苯基膦)乙烷dppe 等双齿配体性质相似。

这两种配体以二茂铁为原料经过三步反应即可制得，溶于THF 、甲苯、二氯甲烷等常见的有机溶剂，且容易回收，可以重复使用。

1.2 氟、溴、碘代芳烃与C －Cl 键相比，C －Br 、C －I 键容易活化，易于发生Suzuki 反应。

氯代芳烃在两个邻位都接有取代基时，由于C －Cl 键的稳定及空间位阻过大，很难氧化加成，导致反应无法进行，但是对于溴代芳烃，两个邻位有体积中等的取代基时，选择合适的催化剂是可以催化该反应的。

如Leadbeater 等[12]就发现NiCl 2(dppf)和Ni{P(OMe)3}2Cl 2在以P(OMe)3为配体时可以催化两个邻位都接有取代基第5期 杨柳波等：Ni 催化Suzuki 反应的研究进展 ·617·的溴代芳烃。

正是由于C －Br 、C －I 键容易活化，Montero 等[13]发现NiCl 2·6H 2O 无需配体就可以催化溴代芳烃、碘代芳烃参与Suzuki 反应。

由于C －F 键的键能较大，氟代芳烃比氯代芳烃更难参与Suzuki 反应。

2005年，Robins 等[14]以物质的量分数10%Ni(COD)2为催化剂、物质的量分数10%的1, 3–二(2,6–二异丙基苯基)咪唑盐酸盐(Ipr ·HCl)(见结构式3)为配体、K 3PO 4为碱、在THF 中60 ℃反应3 h 可使6-氟嘌呤核苷与含各种取代基的苯硼酸发生Suzuki 反应，生成一系列在生物化学和生物制药领域有重要作用的嘌呤核苷衍生物（图1），该反应如果改用Pd(PPh 3)4为催化剂，则反应效果很差。