2010年度诺贝尔化学奖

B(OH)2 + Br
CO2Me
Pd(PPh3)4, PhH Na2CO3, 6 h Suzuki reaction
CO2Me
Miyaura, N.; Yang, T.; Suzuki, A. Synth. Commun. 1981, 11, 513.
Suzuki反应
• 钯催化有机硼试剂参与的C-C交叉偶联反应称 为Suzuki反应。
Suzuki反应
• 1981年，Suzuki和Miyaura将苯硼酸与芳基溴代物反应生成 了C-C交叉偶联反应。芳基硼酸与金属有机化合物相比，对 热、空气、水不敏感，具有廉价、低毒等优点。
R M + X R' Pd Cat. the previous reactions R R'
M = Sn, Li, Cu, etc
ZnCl + I OMe Cl2Pd(PPh3)2/(i-Bu)2AlH (1:2) 85% OMe
Pd Cat. R X + R' ZnX X = Cl, Br, I, OSO2CF3
R R' +
ZnX2
Negishi, E. I.; King, A. O.; Okukado, N. J. Org. Chem. 1977, 42, 1821.
Negishi反应的发展 反应的发展
The First Negishi Cross-Coupling Reaction of Two Alkyl Centers Utilizing a Pd-N-Heterocyclic Carbene (NHC) Catalyst.
Organ, M. G. et al. Org. Lett. 2005, 7, 17.
Richard F. Heck (理查德·赫克)
总引：78116；他引：58054；H因子：114
• 美国人 • 1931年出生于美国的斯普林菲尔德(Springfield) (79岁) • 1952年, 1954年在美国加利福尼亚大学洛杉矶分校获得学士和博士学位 • 随后，进入瑞士苏黎世联邦工学院 作博士后 • 1971年进入美国特拉华大学(Univ. of Delaware)工作，于1989年退休。 • 现为特拉华大学名誉教授
I H3C CH3 Pd(OAc)2, PPh3 DMF, 90 oC, 24 h COOCH3
+ COOCH3
H3C
CH3
Heck, R. F.; Nolley, J. P.Jr J. Org. Chem. 1972, 37, 2320. Mizoroki, T.; Mori, K.; Ozaki, A. Bull. Chem. Soc. 1971, 44, 581.
Ei-ichi Negishi (根岸荣一 )
总引： 14300；他引：7349；H因子：61
• 日本人，1935年出生于中国长春 (75岁) • 1958年从东京大学毕业后进入帝人公司 • 1963年在美国宾夕法尼亚大学获得博士学位 • 现任美国普渡大学教授
Akira Suzuki (铃木章)
实例四：纳米钯(Pd(0))催化的Heck反应 有人采用表面活性剂或聚合物，在没有加入膦配体 条件下使纳米钯粒子稳定分布在有机溶剂中。
Br + OHC
COOBu
nano Pd(0), PVP NaOAc, DMA 140 oC 99%
COOBu
Reetz, M. T.; Lohmer, G. Chem. Commun. 1996, 16, 1921.
Sato, F. et al. Org, Lett. 2003, 5, 523.
谢谢大家！
Buchwald, S. L. et al. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13028.
Negishi反应的发展 反应的发展
采用铁催化的Negishi偶联反应，也取得了较好的效果。
Nakamura, M. et al. Org. lett. 2009, 11, 4496.
COOCH3
Zhang, F. et al. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 573.
实例三：芳基磺酰氯的Heck反应
COOBu COOBu + Cat., K2CO3 m-xylene, reflux 4-5h 90%
Cl O S O
Cat. =
Dubbaka, S. R.; Vogel, P. Chem. Eur. J. 2005, 11, 2633.
B(OH)2
Pd(OAc)2, X-Phos K3PO4, THF 80 oC, 5 h 93%
NO2
Buchwald, S. L. et al. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11818.
实例三： 应用Suzuki反应合成维生素D3 维生素D3具有调节钙和磷代谢的作用。
5-氟烷基嘧啶核苷具有生物活性和药物活性
Chacko, A.-M.; Qu, W. C.; Kung, H. F. J. Org. Chem. 2008, 73, 4874.
实例二：利用Negishi反应合成天然产物
Discodermolide是一种来自海 洋生物海绵天然产物，具有抗 癌活性。可利用Negishi反应 可以方便的构建该化合物的 结构片段。
Negishi反应可用于杯芳烃的合成中。如采用溴代杯芳烃在原 位产生的有机锌试剂跟碘代芳烃反应，可以得到较高产率的 杯芳烃衍生物。
Larsen, M.; Jørgensen, M. J. Org. Chem. 1997, 62, 4171.
Negishi反应的发展 反应的发展
如果有机锌试剂上面 含有较大位阻的取代 基，通常反应条件比 较苛刻，产率较低， Buchwald等人用发现 了一种含膦配体2，可 以使带有较大位阻基 团的底物在较温和的 条件下反应。
Cl +
Ph
Pd2(dba)3, PBut3 Cs2CO3, dioxane 120 oC, 21 h 83%
Ph
Littke, A. F.; Fu, G. C. J. Org. Chem. 1999, 64, 10.
Fra Baidu bibliotek
实例二：烯基磺酸酯的Heck反应
O
OTs +
COOCH3
Pd(OAc)2, PPh3 DMFTEA, O 105 oC, 0.5 h 90%
Heck反应
• 钯催化卤代芳烃、卤代烯烃或其类似物与乙烯 基化合物的交叉偶联反应称为Heck反应。
H R X + R1
R2 R3
Pd(0), base
R R1
R2 R3
R = aryl, alkenyl X = I, Br, Cl OTf, SO2Cl etc
Heck反应机理
应用实例
实例一：氯代芳烃的Heck反应
Arefolov, A.; Panek, J. S. Org. Lett. 2002, 4, 2307.
实例三：利用Negishi反应合成天然产物
那基稀酮A也是一种海洋天然产物，具有很好的药物活性， 采用Negishi反应可以高产率的得到该化合物的中间体。
实例四：利用Negishi反应合成杯芳烃
总引：107883；他引：70189；H因子：124
• 日本人，1930年出生于日本北海道鹉川町(80岁) • 1959年在北海道大学获得博士学位 • 1961年留校工作 • 曾在美国普渡大学作博士生 • 1973年任北海道大学工学系教授 • 现在是北海道大学名誉教授
Heck反应
• 20世纪70年代，Heck和Mizoroki独立开发了如下 类型反应
Pd Cat. R X + R' BY2 R = aryl, vinyl, alkyl X = I, Br, Cl, OTf Y = OH, OR2, etc R R'
Suzuki反应机理
• Suzuki反应与前者类似，也经历了氧化加成和 还原消除等过程。
应用实例
实例一：氯代芳烃的Suzuki反应
Negishi反应机理
Oxidative Addition R X + L2Pd(0)
R Pd L
L X
R'
ZnX
metal transformation
L ZnX2 + R Pd
L R'
reductive elimination
R R' + L2Pd(0)
应用实例
实例一：利用Negishi反应进行核苷碱基修饰
实例五：纳米钯(Pd(0))催化的Heck反应 有人采用表面活性剂或聚合物，在没有加入膦配体 条件下使纳米钯粒子稳定分布在有机溶剂中。
Br + OHC
COOBu
nano Pd(0), PVP NaOAc, DMA 140 oC 99%
COOBu
Reetz, M. T.; Lohmer, G. Chem. Commun. 1996, 16, 1921.
Me
Cl + Me Me
B(OH)2
Pd(OAc)2, Dave Phos CsF, dioxane, rt 94%
Me Me
Me
Glorius, F. et al. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 3690.
实例二：芳基磺酸酯的Suzuki反应
OTs + NO2
2010年诺贝尔化学奖
获奖理由：“有机合成中钯催化交叉偶联”研究
讲解人：付华
学术贡献
• 他们在“钯催化交叉偶联反应”研究领域作出了杰出贡献， 他们在“钯催化交叉偶联反应”研究领域作出了杰出贡献， 其研究成果使人类能有效合成复杂有机物。 其研究成果使人类能有效合成复杂有机物。 • 为制造复杂的有机材料，需要通过化学反应将碳原子集合 为制造复杂的有机材料， 在一起，但碳原子非常稳定，不易发生化学反应， 在一起，但碳原子非常稳定，不易发生化学反应，采用钯 催化解决该问题的一个思路是使碳活化。 解决该问题的一个思路是使碳活化 催化解决该问题的一个思路是使碳活化。 • 目前“钯催化交叉偶联反应”技术已在全球的科研、医药 目前“钯催化交叉偶联反应”技术已在全球的科研、 生产和电子工业等领域得到广泛应用。 生产和电子工业等领域得到广泛应用。
实例六： 应用Heck反应合成具有药物活性的分子 Archazolid A具有抑制癌细胞生长活性。
Rudolph, S. et al. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6100.
Negishi反应
• Pd催化有机锌与有机卤代物、三氟磺酸酯等之 间发生的交叉偶联反应，称为Negishi反应。