过渡金属催化CH活化插羰反应研究进展

衍生物［９］．２０１１年，该课题组使用 Ｒｕ３（ＣＯ）１２作为 催化剂，酰胺和吡啶环作为定位基，成功的将甲基 上的 ｓｐ３ＣＨ键羰基化，合成丁二酰亚胺的衍生 物．作者尝试使用其他的定位基团，如苯基，以及 改变取代基在吡啶环的位置对反应的影响很大， 甚至不反应．他们还发现，使用苯环取代叔丁基上 的一个甲基作为底物，只少量生成五元环，大量生 成了六元环，说明 ｓｐ２ＣＨ键更容易断裂，同时用 氘带实验证明了碳氢键的断裂步骤是决速步骤， 随后，他 们 在 之 前 的 工 作 上，想 要 实 现 手 性 的 诱 导，合 成 手 性 分 子，但 是 没 有 成 功，如 图 ２ 所示［１０，１１］．
谢 宁，金朝辉，高华晶，孙 健
（吉林化工学院 石油化工学院，吉林 吉林 １３２０２２）
摘要：卤代芳烃的插羰反应是合成含羰基化合物的有效途径，使用未被官能化的 ＣＨ键实现插羰反应，
具有更重要的价值．近年来，过渡金属催化 ＣＨ活化的偶联反应备受关注，但 ＣＨ键断裂需要很高的能
量，对底物的结构和催化剂的类型要求苛刻．本文从反应中使用催化剂类型的角度，综述了过渡金属催
２００４年，ＮａｏｔｏＣｈａｔａｎｉ课题组分别使用 Ｒｕ３ （ＣＯ）１２和 Ｒｈ４（ＣＯ）１２作为催化剂，实现了 Ｎ芳基 吡唑与乙烯的插羰偶联反应．他们也发现底物的 ｐＫａ值对反应的影响很大，吡唑环的 ｐＫａ值较小， 反应活性应该很低，与实验结果相反，作者推测是 因为苯环的存在，增大了电子云密度，有利于还原 消除的发生．所以在碳氢键活化插羰反应中，底物 的 ｐＫａ值和取代基的电子密度都会对实验结果 造成影响［８］．２００９年，该课题组使用 Ｒｕ３（ＣＯ）１２作 为催化剂，首次实现了底物中含有双氮原子配位 的碳氢键活化羰基化反应，使用 Ｎ吡啶苯乙酰胺 衍生物作为底物，成功合成了邻苯二甲酰亚胺的
上述的反应都是使用 Ｒｕ、Ｒｈ等催化剂，并且
定位基团是杂环上的杂原子．ＫａｚｕｈｉｋｏＯｒｉｔｏ等人 在 ２００４年，首次使用 Ｐｄ（ＯＡｃ）２ 作为催化剂，实 现了苄胺衍生物的邻位碳氢键活化插羰成环反 应，合 成 了 一 系 列 五 元 或 者 六 元 环，如 图 ３所 示［１５］．施章杰等人用 ＰｄＣｌ２ 作为催化剂，Ｎ，Ｎ二 甲基苄胺和脂肪醇作为底物，成功的实现插羰偶 联反应，与 ＫａｚｕｈｉｋｏＯｒｉｔｏ等人工作的区别是，氮 原子上由于没有氢原子，所以不能发生成环反应
第 ３６卷 第 ３期
２０１９年 ３月
吉 林 化 工 学 院 学 报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＪＩＬＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＣＨＥＭＩＣＡＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．３ Ｍａｒ． ２０１９
文章编号：１００７２８５３（２０１９）０３０００１０８
过渡金属催化Biblioteka ＣＨ活化插羰反应研究进展收稿日期：２０１８１１０８ 作者简介：谢 宁（１９９５），男，吉林榆树人，吉林化工学院硕士研究生，主要从事精细化学品的开发与应用方面的
研究． 通信作者：孙健，Ｅｍａｉｌ：ｓｕｎｊｉａｎ６２２５＠１２６．ｃｏｍ
２
吉 林 化 工 学 院 学 报
２０１９年
图 １ 杂环化合物与烯烃的插羰反应
图 ２ 吡唑与吡啶衍生物的 ＣＨ活化插羰反应
在他们工作的基础上，ＴｏｍｉｓｌａｖＲｏｖｉｓ等人在 ２０１１年，使 用 了 较 为 复 杂 的 ＲｈＣｐ （ＭｅＣＮ）３ （ＣｌＯ４）２作为催化剂，苯甲酰胺作为底物，成功的 合成了丁 二 酰 亚 胺 的 衍 生 物［１２］．近 年 来，在 国 内 钌、铑等过渡金属对 ＣＨ键及 ＣＣ键的活化研究 也受到关注并取得了一定的研究进展［１３，１４］． １．２ 钯催化剂在 ＣＨ活化插羰反应中的应用
插羰反应［２］．１９９２年，Ｍｏｏｒｅ发现钌催化剂可以催 化一氧化碳和烯烃使吡啶环酰化［３］．上述反应实 现了碳氢键活化插羰的反应，但是体系中使用了 苯或者吡啶，对人的身体有极大的危害，并且选择 性和产率比较低，底物的兼容性差．
１９９６年，ＳｈｉｎｊｉＭｕｒａｉ课题组使用咪唑衍生物 作为底物，在 Ｒｕ３（ＣＯ）１２的作用下，与烯烃和一氧 化碳作用，实现了插羰反应［４］．随后，该课题组在 相同的体系下，将咪唑环扩展到苯并咪唑、苯并恶 唑、苯 并 噻 唑 等，苯 并 咪 唑 为 底 物 的 反 应 产 率 很 高，而其他底物产率很低，作者对几种底物的 ｐＫａ 值做了测定，发现苯并咪唑的 ｐＫａ值最大即酸性 最弱，与过渡金属配位的能力最强，所以能更好的 反应，而其他的底物则相反［５］．２０００年，该课题组 使用［ＲｈＣｌ（ＣＯ）２］２ 催化剂，首次实现了 ｓｐ３ＣＨ 键活化羰基化，所选的底物是 Ｎ原子上连有吡啶 环的四氢吡咯，四氢吡咯 ２位上碳氢键被活化，在 一氧化碳的存在下，与乙烯发生插羰偶联反应，但 该反应底物只能是这种结构，受到很大限制［６］．随 后，该课题组又将底物扩展到了 Ｎ原子上连有吡 啶环的吲哚啉底物，在 Ｒｈ３（ＣＯ）１２作用下，与乙烯 实现插羰偶联反应．同样的，此反应也受到底物结 构限制，同时，必须在 ＤＭＦ溶剂中才能得到很好 的收率，如图 １所示［７］．
化 ＣＨ键插羰反应的研究进展．
关 键 词：过渡金属；ＣＨ活化；插羰偶联反应
中图分类号：Ｏ６２１．３
文献标志码：Ａ
ＤＯＩ：１０．１６０３９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ２２－１２４９．２０１９．０３．００１
一氧化碳（ＣＯ）是一种廉价的 Ｃ１源，使用 ＣＯ 作为羰基源，来构筑含羰基的化合物是目前有机 合成中引入羰基的一种重要手段．以卤代烃作为 底物，与亲核性的物质插羰偶联的反应最为常见， 比如：Ｈｅｃｋ反 应、Ｓｕｚｕｋｉ反 应、Ｓｏｎｏｇａｓｈｉｒａ反 应、 Ｓｔｉｌｌｅ反应等，这类反应在较为温和的条件下就能 发生．而 ＣＨ键断裂需要很高的能量，因此，碳氢 键活化插羰反应不容易实现，具有一定的挑战性． 这类反应目前主要是以酰胺或者氮原子作为定位 基团，活化苯环邻位的碳氢键，实现插羰反应．为 此，过渡金属催化的插羰反应吸引了广大研究者 的兴趣，本文通过对近几年来的过渡金属催化下 的插羰反应进行简要的综述．
１ 过渡金属在 ＣＨ活化插羰反应中 的应用
１．１ 钌、铑等催化剂在 ＣＨ活化插羰反应中的 应用
早在 １９７９年，Ｈｏｎｇ课题组报道了使用苯和 乙烯作为底物，Ｒｈ４（ＣＯ）１２作为催化剂，在 ＣＯ的 存在下，生成了少量苯丙酮［１］．随后，有人使用 Ｉｒ、 Ｒｕ、Ｒｈ等催化剂活化了苯环上的碳氢键，实现了