金属催化偶联反应课件
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工业催化-第五章金属催化剂及其催化过程ppt课件
n 内部缺陷的存在引起晶格的畸变(1)空 位；(2)间隙质点；(3)杂质。
39
线缺陷
n 线缺陷是指一排原子发生位移，又称位错； n 位错有两种类型，即边位错和螺旋位错
40
晶格缺陷和金属催化的“超活性”
n 一般金属催化剂中点缺陷和位错同时存 在。这种晶格缺陷对催化剂活性有一定 的影响。
n 如将冷轧处理的金属镍催化剂用于苯加 氢生成环己烷时，活性增加很多，而经 退火处理的镍催化剂催化活性降低。
第五章 金属催化剂及其催化作用
n 本章主要内容：
n 金属表面的化学键 n 金属表面的几何构造 n 晶格缺陷与多相催化 n 金属催化剂催化活性的经验规则 n 负载型金属催化剂的催化活性
n 金属—载体间的相互作用 n 结构敏感与非敏感反应 n 溢流现象
1
金属催化剂的类型
n 金属催化剂是一类重要的工业催化剂，主要类型有： n 块状金属催化剂：如电解银、熔铁、铂网等催化剂； n 负载型金属催化剂：如Ni/Al2O3，Pd/C等催化剂； n 合金催化剂： 指活性组分是二种或两种以上金属原 子组成，如Ni-Cu合金加氢催化剂、 LaNi5加氢催化 剂； n 金属簇状物催化剂： 如Fe3 (CO)12催化剂等。
9
金属Cu的d能带和s能带填充情况
n [Cu](3d10)(4S1);
n 金属Cu中
n d能带是电子充满的， d能带为满带；
n s能带的电子只填充一
半。
10
金属Ni的d能带和s能带填充情况
n 单一镍原子的电子组态为3d8 4s2 ， 当镍原子组成晶体后， 金属d 带 中某些能级未被充满，可以 看 成是d带中的空穴，称为“d 带空 穴”。
n 对于金属晶体，晶格缺陷主要有 点缺陷 和线缺陷两类。
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线缺陷
n 线缺陷是指一排原子发生位移，又称位错； n 位错有两种类型，即边位错和螺旋位错
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晶格缺陷和金属催化的“超活性”
n 一般金属催化剂中点缺陷和位错同时存 在。这种晶格缺陷对催化剂活性有一定 的影响。
n 如将冷轧处理的金属镍催化剂用于苯加 氢生成环己烷时，活性增加很多，而经 退火处理的镍催化剂催化活性降低。
第五章 金属催化剂及其催化作用
n 本章主要内容：
n 金属表面的化学键 n 金属表面的几何构造 n 晶格缺陷与多相催化 n 金属催化剂催化活性的经验规则 n 负载型金属催化剂的催化活性
n 金属—载体间的相互作用 n 结构敏感与非敏感反应 n 溢流现象
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金属催化剂的类型
n 金属催化剂是一类重要的工业催化剂，主要类型有： n 块状金属催化剂：如电解银、熔铁、铂网等催化剂； n 负载型金属催化剂：如Ni/Al2O3，Pd/C等催化剂； n 合金催化剂： 指活性组分是二种或两种以上金属原 子组成，如Ni-Cu合金加氢催化剂、 LaNi5加氢催化 剂； n 金属簇状物催化剂： 如Fe3 (CO)12催化剂等。
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金属Cu的d能带和s能带填充情况
n [Cu](3d10)(4S1);
n 金属Cu中
n d能带是电子充满的， d能带为满带；
n s能带的电子只填充一
半。
10
金属Ni的d能带和s能带填充情况
n 单一镍原子的电子组态为3d8 4s2 ， 当镍原子组成晶体后， 金属d 带 中某些能级未被充满，可以 看 成是d带中的空穴，称为“d 带空 穴”。
n 对于金属晶体，晶格缺陷主要有 点缺陷 和线缺陷两类。
金属催化剂简介 ppt课件
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64
4.7.3 F-T（Fischer-Tropsch)合成反应
500-600K，Ni
金属Fe、Co、Ni、Rh、pptP课件d等做催化剂
65
甲烷化反应的机理：
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66
4.7.4 催化重整工业催化剂
1 催化重整反应 （1）
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67
（2）
（3）
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68
（4） （5）
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69
2 催化重整催化剂
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70
晶粒大小对活性的影响也有能量因素
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33
4.5.2 结构敏感反应与结构不敏感反应
结构不敏感反应：反应速率不受晶粒大小、合 金的变化和载体性质等表面微细结构变化的影 响。主要涉及H-H、C-H或O-H键的断裂或生 成的反应。
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34
正己烷异构化为甲基环戊烷，正己烷芳构化为苯，新戊 烷的异构化反应-结构不敏感反应
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44
Cu-Ni合金 Cu含量超过60%，Ni d带空穴：0.5
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45
樱桃模型
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46
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47
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48
4.7 金属催化剂上的重要反应
4.7.1 加氢催化剂（了解）
1 Ni 系催化剂 骨架Ni （Renay-Ni ），是应用最广泛的一类
Ni 系加氢催化剂，例如可用于硝基化合物加氢， 腈加氢，烯键加氢，醛酮加氢以及F-T合成反 应等… 具体的制备方法
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29
反应热：
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30
好的催化剂应该是反应物在催化剂活性中心上 的吸附不要太强也不要太弱，要求E1=E2，即 q=s/2的催化剂最好，应该根据这样的q选择催 化剂，但是q数据不易获得。
偶联反应课件
H R'
R
Pd II -X
偶联反应课件
R-Pd II -X H R'
H R'
Sonogashira 反 应
H
R'
R'
PdCl 2 (PP 3 ) 2 CuI, Et 2 NH
(Ph 3 P) 2 Pd
[Et 2 NH 2 ]Cl
R'
R
R'
R' (PPh 3 ) 2 Pd(0)
R' RX
R (Ph 3 P) 2 Pd
In general, most of the cross-coupling reactions require a good leaving group w hich is directly attached at or immediately adjacent to a carbon atom w ith sp2 (allylic or benzylic) or sp (propargylic hybridization. Presumably, coordination at these unsaturated centers may facilitate the cleavage of the corresponding C-X bond. As to the unstabilized alkyl complexes, due to their kinetic instability, formation of side products occasionally becomes the major in the cross-coupling reactions of such aliphatic substrates. Several approaches h a v e b een em p lo y ed to so lv e th is 偶p联ro反b应le课m件.
金属催化偶联反应
Kumada反应是镍催化的格式试剂(Grignard reagent) 与卤化物的偶联反应。
催化剂： NiX2L2（L2=双膦） 溶剂： Et2O or THF 反应条件：0oC~R.T., reflux, 1~20h,
[Ni]/R'X' =10-2~10-3 R‘X’： sp2碳的卤化物
反应机理：
Stille偶联反应中两组分的组合
对锡试剂上不同的取代基在Stille偶联反应中发生 金属交换反应的迁移速率是不同的，甲基、正丁基 等1o烷基基本上不发生迁移，基团的迁移相对速率 如下：
R3SnR’ R’=CH3,n-Bu 慢
§2.4 Negishi偶联反应
Negishi反应：Pd催化的有机锌、有机卤，三氟磺 酸酯等之间发生的交叉偶联反反应：Pd催化下的有机硼烷和有机卤、三 氟磺酸酯等在碱存在下发生的交叉偶联反应。
1、利用零价钯作催化剂 2、金属试剂为硼试剂 各种官能团的兼容性大大提高 硼试剂易于合成，稳定性好
硼试剂的制备
硼试剂往往可由著名的烯烃、炔烃的硼氢化 (Hydroboration)而制得。
Suzuki反应催化循环机理
RX = alkenyl, aryl, allylic halides R’ = alkyl, H
§2.3 Stille偶联反应
Stille反应：Pd催化的有机锡和有机卤、三氟磺酸 酯等之间的交叉偶联反应。
Stille反应使用了高毒性的锡试剂，但有以下三特点： 1、广泛的官能团兼容性； 2、立体专一性(Stereospecificity); 3、区域选择性(Regioselectivity).
金属催化偶联反应
交叉偶联反应
偶联反应
1 Kumada 反应 2 Suzuki 反应 3 Stille 反应 4 Negishi 反应 5 基于硅试剂的Hiyama反应 6 碳-杂原子形成的偶联反应 7 酮的α-芳基化反应
有机合成中的金属催化偶联反应
有机合成中的金属催化偶联反应金属催化偶联反应是有机合成领域中的重要方法之一。
它能够有效地构建碳-碳和碳-氮键，提供了合成复杂分子的可靠途径。
金属催化偶联反应的发展使得有机化学的研究和应用领域得到了极大的拓展。
本文将在分子结构、催化剂、反应机理和应用领域等方面探讨金属催化偶联反应的重要性和最新研究进展。
一、金属催化偶联反应的分子结构在金属催化偶联反应中，参与反应的有机分子通常包含活性基团（如芳基、烷基、酰基等）和功能基团（如羟基、氨基、卤素基等）。
这些有机分子可以通过碳-金属键与金属催化剂发生作用，从而实现活性基团和功能基团之间的偶联反应。
例如，苯基锂和卤代烷基在钯催化下发生交叉偶联反应，生成具有新的碳-碳键的化合物。
金属催化偶联反应的分子结构多样且灵活，为有机化学合成提供了广阔的可能性。
二、金属催化剂的选择金属催化偶联反应中的金属催化剂是实现反应的关键。
常用的金属催化剂包括钯、铂、铜、镍等。
选择合适的金属催化剂可以提高反应的效率和选择性。
例如，钯催化剂在烯烃和卤代烷基之间的偶联反应中具有广泛的应用，能够产生高收率和高选择性的产物。
此外，金属催化剂的配体也对反应的结果起到重要的影响。
合适的配体可以调节金属催化剂的活性和选择性，实现复杂分子的高效构建。
三、金属催化偶联反应的机理金属催化偶联反应的机理是该领域的研究热点之一。
虽然各种金属催化偶联反应的具体机理有所不同，但一般可以分为两个步骤：金属催化剂的活化和有机底物的偶联。
在活化步骤中，金属催化剂与配体形成配合物，激活金属中心，为下一步的反应做准备；在偶联步骤中，有机底物经过反应与激活的金属中心发生偶联反应，形成新的碳-碳或碳-氮键。
具体的反应机理可能涉及到还原消除、配体交换、烯烃与过渡态中心的配位等多个步骤。
四、金属催化偶联反应的应用领域金属催化偶联反应在药物合成、材料科学、天然产物合成等领域都有广泛的应用。
在药物合成中，金属催化偶联反应可用于合成活性分子和药物的关键中间体，提高药物的制备效率和选择性。
第11章-过渡金属有机配合物催化交叉偶联反应
Cp2TiCl2 R'
O
CHOH
R'
Cp2TiCl2 H2O + (CH3)2CHMgBr
O
OH
R' CH OH
R'
(CH3)2CHOMgX
Cp2TiCl2
(CH3)2CHMgX
(CH3)2CHMgX
R'
Cp2Ti Cl
OCH R'
R' CO
R'
Cp2Ti H Cl
Cp2Ti Cl
CH3 CH
CH3
Kumada将这两个化学计量反应组合 起来并实现了催化循环
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
Ph L2Ni Cl +
MgCl
Ph L2Ni Cl +
MgCl
L2Ni Ph
Ph
CH2=CHCH3 H NiL2 Ph
CH2=CHCH3 + PhH
CH2CH2CH3 L2Ni Ph
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
12
Ph3Sb
13.2
5
(4-FC6H4)3P
0.60
13
dppe
0.33
6 (4-ClC6H4)3P
0.71
金属催化偶联反应
采用连续流动反应技术
利用连续流动反应技术，实现反应物的高效混合和传质，提高反应 速率和选择性。
优化反应动力学参数
通过调整反应物浓度、催化剂用量等反应动力学参数，实现反应的 高选择性和高效率。
06
金属催化偶联反应的挑战与 未来发展
面临的挑战和问题
选择性问题
金属催化偶联反应中，如何实现高选择性地合成目标产物是一个重要挑战。不同底物和反应条件下，选择性控制需要 更加精细的策略。
过渡金属催化偶联反应
随着过渡金属催化剂的发展，金属催化偶联反应取得了重大突破。过渡金属（如铜、镍、 铁等）具有较低的毒性和成本，且可在较温和的条件下实现高效催化。这些催化剂可通过 均相或多相体系进行反应，具有广泛的应用前景。
金属有机框架（MOFs）在偶联反应中的应用
近年来，金属有机框架（MOFs）作为一类新型多孔材料，在金属催化偶联反应中展现出独 特的优势。MOFs具有高的比表面积、可调的孔径和化学功能性，可作为催化剂载体或直接 作为催化剂参与反应，提高反应的效率和选择性。
04
金属催化偶联反应在有机合 成中的应用
构建碳-碳键的方法
01
02
03
交叉偶联反应
利用不同的有机金属试剂 进行交叉偶联，构建碳-碳 键，如Suzuki偶联、 Heck偶联等。
自身偶联反应
相同的有机金属试剂在金 属催化剂作用下进行自身 偶联，生成对称与亲核试剂发生烯丙基化 反应，构建碳-碳键。
感谢您的观看
THANKS
绿色溶剂与试剂
开发可生物降解、低毒性的绿色溶剂和试剂，替代传统有毒有害的 溶剂和试剂，降低金属催化偶联反应的环境负担。
原子经济性
通过优化反应路径和提高原子利用率，实现金属催化偶联反应的高 原子经济性，减少资源浪费。
利用连续流动反应技术，实现反应物的高效混合和传质，提高反应 速率和选择性。
优化反应动力学参数
通过调整反应物浓度、催化剂用量等反应动力学参数，实现反应的 高选择性和高效率。
06
金属催化偶联反应的挑战与 未来发展
面临的挑战和问题
选择性问题
金属催化偶联反应中，如何实现高选择性地合成目标产物是一个重要挑战。不同底物和反应条件下，选择性控制需要 更加精细的策略。
过渡金属催化偶联反应
随着过渡金属催化剂的发展，金属催化偶联反应取得了重大突破。过渡金属（如铜、镍、 铁等）具有较低的毒性和成本，且可在较温和的条件下实现高效催化。这些催化剂可通过 均相或多相体系进行反应，具有广泛的应用前景。
金属有机框架（MOFs）在偶联反应中的应用
近年来，金属有机框架（MOFs）作为一类新型多孔材料，在金属催化偶联反应中展现出独 特的优势。MOFs具有高的比表面积、可调的孔径和化学功能性，可作为催化剂载体或直接 作为催化剂参与反应，提高反应的效率和选择性。
04
金属催化偶联反应在有机合 成中的应用
构建碳-碳键的方法
01
02
03
交叉偶联反应
利用不同的有机金属试剂 进行交叉偶联，构建碳-碳 键，如Suzuki偶联、 Heck偶联等。
自身偶联反应
相同的有机金属试剂在金 属催化剂作用下进行自身 偶联，生成对称与亲核试剂发生烯丙基化 反应，构建碳-碳键。
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THANKS
绿色溶剂与试剂
开发可生物降解、低毒性的绿色溶剂和试剂，替代传统有毒有害的 溶剂和试剂，降低金属催化偶联反应的环境负担。
原子经济性
通过优化反应路径和提高原子利用率，实现金属催化偶联反应的高 原子经济性，减少资源浪费。
金属催化作用理论ppt课件.ppt
一、能带理论与催化 1、 能带理论 • 能带的形成
以Ni为例： Ni原子：1s22s22p63s23p64s23d84p
电子轨道没有任何相互作用
达到范德华（V.D.W）半径时，电 子轨道将要发生相互作用
RNi-Ni＜R2×VDW时，Ni原子之间将 要发生电子轨道相互作用，出现 电子轨道重叠，形成金属键。
1. 暴露表面以低表面能的晶面为主 surfaces of low surface free energy will
be more stable. The most stable surfaces are those with : • a high surface atom density • surface atoms of high coordination number
• 具体内容有：
Ⅰ、与d电子轨道有关的电子因素，即能 量因素如何影响催化剂的吸附选择性、吸附力 的强弱、催化性能等，即催化的电子论
Ⅱ、晶体结构因素（也称；几何因素）， 即（晶胞大小、晶面取向、晶粒大小、晶体表 面结构）与（吸附、催化）之间的关系，即催 化的几何论
§1、金属催化的电子论
能带理论、价键理论
1、晶胞 • 晶胞是晶体的最小重复单位，采用晶胞参数
来确定。
立方晶胞： a＝b＝c α＝β＝γ＝900
四方晶胞：a＝b≠c α＝β＝γ＝900
三斜晶胞：a≠b≠c α≠β≠γ
2、晶面 晶面：是晶体在各个方向上的截面。相同
方向的截面，不仅具有相同的二维空间结构， 而且是相互平行的，晶面间距也相等，称晶面 距。
④、 金属间化合物催化剂，如Cu3Au、 CuAu3、 Ni29Al10、 Ni15Al
• 过渡金属催化剂有二大特点： Ⅰ、在反应气氛如H2、O2气下，过渡金
以Ni为例： Ni原子：1s22s22p63s23p64s23d84p
电子轨道没有任何相互作用
达到范德华（V.D.W）半径时，电 子轨道将要发生相互作用
RNi-Ni＜R2×VDW时，Ni原子之间将 要发生电子轨道相互作用，出现 电子轨道重叠，形成金属键。
1. 暴露表面以低表面能的晶面为主 surfaces of low surface free energy will
be more stable. The most stable surfaces are those with : • a high surface atom density • surface atoms of high coordination number
• 具体内容有：
Ⅰ、与d电子轨道有关的电子因素，即能 量因素如何影响催化剂的吸附选择性、吸附力 的强弱、催化性能等，即催化的电子论
Ⅱ、晶体结构因素（也称；几何因素）， 即（晶胞大小、晶面取向、晶粒大小、晶体表 面结构）与（吸附、催化）之间的关系，即催 化的几何论
§1、金属催化的电子论
能带理论、价键理论
1、晶胞 • 晶胞是晶体的最小重复单位，采用晶胞参数
来确定。
立方晶胞： a＝b＝c α＝β＝γ＝900
四方晶胞：a＝b≠c α＝β＝γ＝900
三斜晶胞：a≠b≠c α≠β≠γ
2、晶面 晶面：是晶体在各个方向上的截面。相同
方向的截面，不仅具有相同的二维空间结构， 而且是相互平行的，晶面间距也相等，称晶面 距。
④、 金属间化合物催化剂，如Cu3Au、 CuAu3、 Ni29Al10、 Ni15Al
• 过渡金属催化剂有二大特点： Ⅰ、在反应气氛如H2、O2气下，过渡金
偶联反应ppt总合演示文稿
优点：
1.反应对水不敏感； 2.可允许多种活性官能团存在； 3.可以进行通常的区域和立体选择性的反应； 4.硼试剂易于合成，稳定性好； 5.这类反应的无机副产物是无毒的且易于除去，可以保证其适用于实验室且可以用 于工业 化生产。
-CHO、-COCH3、-COOC2H5、-OCH3、-CN、-NO2、-F等官能团。
偶联反应ppt总合演示文稿
第1页，共48页。
偶联反应ppt总合
第2页，共48页。
概要
偶联反应基本概念 偶联反应基本类型
偶联反应基本应用
第3页，共48页。
基本概念
历史上碳基的研究获得的6次诺贝尔奖：
• 1912 Grignard Reaction，Victor Grignard(1871－1935), France
• 1950 Diels-Alder Reaction, Otto Paul Hermann Diels (1876－ 1954), Kurt Alder(1902－ 1958), Germany
• 1963 Ziegler-Natta catalyst, Karl Waldemar Ziegler ( 1898 – 1973), Germany, Giulio Natta (1903 - 1979), Italy
是有机合成中很重要的一个偶联反应，目前总数占到现在所有交叉偶联反应的一半以上。
1977 年Kosugi等首次报道了有关过渡金属钯催化的Stille反应。
➢最早发现的stille偶联反应是锡与酰氯的反应.
Kosugi, M.; Shimizu, Y.; Mifita, T. Chem. Lett. 1977, 1423.
N2+Cl- +
NaOH
1.反应对水不敏感； 2.可允许多种活性官能团存在； 3.可以进行通常的区域和立体选择性的反应； 4.硼试剂易于合成，稳定性好； 5.这类反应的无机副产物是无毒的且易于除去，可以保证其适用于实验室且可以用 于工业 化生产。
-CHO、-COCH3、-COOC2H5、-OCH3、-CN、-NO2、-F等官能团。
偶联反应ppt总合演示文稿
第1页，共48页。
偶联反应ppt总合
第2页，共48页。
概要
偶联反应基本概念 偶联反应基本类型
偶联反应基本应用
第3页，共48页。
基本概念
历史上碳基的研究获得的6次诺贝尔奖：
• 1912 Grignard Reaction，Victor Grignard(1871－1935), France
• 1950 Diels-Alder Reaction, Otto Paul Hermann Diels (1876－ 1954), Kurt Alder(1902－ 1958), Germany
• 1963 Ziegler-Natta catalyst, Karl Waldemar Ziegler ( 1898 – 1973), Germany, Giulio Natta (1903 - 1979), Italy
是有机合成中很重要的一个偶联反应，目前总数占到现在所有交叉偶联反应的一半以上。
1977 年Kosugi等首次报道了有关过渡金属钯催化的Stille反应。
➢最早发现的stille偶联反应是锡与酰氯的反应.
Kosugi, M.; Shimizu, Y.; Mifita, T. Chem. Lett. 1977, 1423.
N2+Cl- +
NaOH
Heck反应及金属催化偶联反应课件
过渡金属催化的交叉偶联反应
Transition Metal Catalyzed Cross Coupling
Organic Chemist
A
B
A
B
The formation of carbon–carbon bonds is a fundamental reaction in organic synthesis the efficiency of which has interested organic chemists for a long time ago. Aryl–aryl bond formation has been known for more than a century and was one of the first reactions involving a transition metal.1 Modern synthetic chemistry is also sustained by the use of transition-metal catalysts as powerful tools for carbon– carbon bond-forming processes.2 Among these, carbon–carbon coupling reactions through the activation of carbon–hydrogen bonds,3 as well as addition reactions,4 have experienced an increasing interest in the preparation of molecules, the access to which is not so straightforward using other methodologies. On the other hand, the transition-metal catalysed carbon–carbon bond formation developed in the 1970s represented a milestone in synthetic organic chemistry that allowed the cross coupling of substrates in ways that would have previously been thought impossible
Transition Metal Catalyzed Cross Coupling
Organic Chemist
A
B
A
B
The formation of carbon–carbon bonds is a fundamental reaction in organic synthesis the efficiency of which has interested organic chemists for a long time ago. Aryl–aryl bond formation has been known for more than a century and was one of the first reactions involving a transition metal.1 Modern synthetic chemistry is also sustained by the use of transition-metal catalysts as powerful tools for carbon– carbon bond-forming processes.2 Among these, carbon–carbon coupling reactions through the activation of carbon–hydrogen bonds,3 as well as addition reactions,4 have experienced an increasing interest in the preparation of molecules, the access to which is not so straightforward using other methodologies. On the other hand, the transition-metal catalysed carbon–carbon bond formation developed in the 1970s represented a milestone in synthetic organic chemistry that allowed the cross coupling of substrates in ways that would have previously been thought impossible
金属有机化学 NO.3偶联反应
76%
>99
:
98
:
1
R
HC C - C - R' + Bu3SnH OH
AIBN
R' OH RC H
(27)
H SnBu3
AIBN
H
OH
R
+ Bu3SnH
(28)
OH
R SnR3
HC CCOOR + R'3SnH
OAc Tos
n - Bu3SnH AIBN
ROOC H
H +
SnR'3
major
SnMe3 (24)
(CH2)nX
1. Bu3SnMgCH3
R
cat. CuCN H 2. E+
RH (25)
E SnBu3
1. [Me3SnCu]Y R'OOC R
HR
R
COOR'
+
(26)
2. H+
H SnMe3 R'OOC SnMe3
Y = PhS (-48oC) 85%
2
Y = Br (-78oC)
n-C4H9 BX2 + Br
C6H13-n
C4H9
C6H13-n
49 % ( purity: 98 % )
(1) 催化量的钯 (2) 反应是区域及立体专一性的
(Regio- and Stereo-specific) (3) 碱的存在
Bu
Br
Bu
Me +
B (Sia)2
Ph
9%
Ph
8
9
RPdXLn + NaOMe RH + PdL4
偶联反应课件
强碱水溶液如NaOH或Ba(OH)2 苯和DME为溶剂 将大位阻芳基硼酸转化为硼酸酯
PPT学习交流
16
Suzuki偶联反应的应用
3.含敏感功能团的芳基硼酸（酯）参与Suzuki偶联反应
含有易水解的基团（酯基，氰基等），可以在无水情况下反应
O B
Pd(3)P 4 Ph + ArX
O
K 3P4 O
CHO
PPT学习交流
14
Suzuki偶联反应的应用
普通操作 在水的存在下，加入催化剂、碱和有机溶剂，加热回流一段合理
的时间完成反应，但反应体系必须全程严格控制在无氧的环境下。
1.普通体系Suzuki偶联反应
PPT学习交流
15
Suzuki偶联反应的应用
2.大位阻芳基硼酸参与Suzuki偶联反应
收率低
解决措施：
PPT学习交流
11
有机硼试剂的合成 1.通过金属有机试剂制备单取代芳基硼酸
1.1.通过Grinard试剂制备单取代芳基硼酸
1.2.通过有机锂试剂制备单取代芳基硼酸
PPT学习交流
12
有机硼试剂的合成
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。
Substrate Coupling Partner ......?) Coupling Product Metal Halide
(Organic (Organometallic Electrophile) Nucleophile)
R = Alkyl, aryl, vinyl, allyl, alkynyl, benzyl R' = Alkyl, aryl, vinyl, allyl, alkynyl, benzyl, acyl X = I, Br, Cl, OTf, OTs M = Mg, Zn, Cu, Sn, Si, B,...... Cat. = Pd, Ni, others Cu Fe......
PPT学习交流
16
Suzuki偶联反应的应用
3.含敏感功能团的芳基硼酸（酯）参与Suzuki偶联反应
含有易水解的基团（酯基，氰基等），可以在无水情况下反应
O B
Pd(3)P 4 Ph + ArX
O
K 3P4 O
CHO
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Suzuki偶联反应的应用
普通操作 在水的存在下，加入催化剂、碱和有机溶剂，加热回流一段合理
的时间完成反应，但反应体系必须全程严格控制在无氧的环境下。
1.普通体系Suzuki偶联反应
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15
Suzuki偶联反应的应用
2.大位阻芳基硼酸参与Suzuki偶联反应
收率低
解决措施：
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有机硼试剂的合成 1.通过金属有机试剂制备单取代芳基硼酸
1.1.通过Grinard试剂制备单取代芳基硼酸
1.2.通过有机锂试剂制备单取代芳基硼酸
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有机硼试剂的合成
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。
Substrate Coupling Partner ......?) Coupling Product Metal Halide
(Organic (Organometallic Electrophile) Nucleophile)
R = Alkyl, aryl, vinyl, allyl, alkynyl, benzyl R' = Alkyl, aryl, vinyl, allyl, alkynyl, benzyl, acyl X = I, Br, Cl, OTf, OTs M = Mg, Zn, Cu, Sn, Si, B,...... Cat. = Pd, Ni, others Cu Fe......
Negishi偶联
反应试剂
锌试剂可以通过多种方法来制备，一般是在反应过程中 原位生成使用。它对于多种官能团都是稳定的，并且反应 条件温和，选择性和产率高，唯一的不足是锌试剂对水敏 感 Zn试剂的制备有两种常用方式： ①金属Zn与X的氧化加成： ②金属交换反应：即从其他易得的金属试剂如Mg、Li、 Al 等出发，加入ZnX2而得：
反应试剂 • 根岸偶联反应（Negishi coupling）： • 反应中，金属锌试剂与卤代烃在镍或钯的配合物的催化下发 生偶联，生成一根新的碳－碳键。通式如下：
• 其中： • 卤素X可以是氯、溴或碘，也可以是其它基团，如三氟甲磺 酰基或乙酰氧基，而基团R则可以是烯基、芳基、烯丙基、 炔基或炔丙基； • 卤素X'同样可以是氯、溴或碘，R'则可以是烯基、芳基、烯 丙基或者烷基； • 催化剂可以是镍或钯。
反应机理 反应中具催化活性的是零价金属（M0） 反应整体上经过了这三步： • ①卤代烃对金属的氧化加成 • ②金属转移 • ③还原消除
反应影响因素 • 卤化烃基锌与二烃基锌都可以作为反应物。 R-Zn-X':生产顺式的络合物，从而能很快地发生还原消除 后续步骤，生成产物。 R-Zn-R':生成反式的络合物，必须经过缓慢的顺反异构体 异构化过程。 • catalyst：palladium complex、Pd(0) or Pd(II) • The influence of other parameters such as the presence of copper salt, solvent, and base. • reaction temperature • reaction time
文献实例——② • 等采用PdCl2( PPh3)2 为催化剂，四氢呋喃(THF) 为溶剂， 在微波反应器中进行了Negishi 偶联反应，160 ℃下反应1 min， 得到了联苯类化合物，收率可达到90% 。 • 在环己基溴化锌参与的Negishi 偶联反应中，加入5(mol) %的 CuI，反应10 min，收率达到79 %。
金属有机化学 第9章 偶联反应
R H
4
R4 R3 R2 R
R3
R2
3 rotation about th e C-C b on d by 60°
R
补充作业
1. 获得手性化合物的方法有哪些？ 2. 什么是不对称催化？对其中起关键性作用的催 化剂有何要求？ 3. 过渡金属催化的交叉偶联反应的共性是什么？ 根据金属试剂的不同，有哪些（人名）偶联反 应？ 4. 分别写出Suzuki反应和Heck反应的催化循环。
H
C6 H1 3
NH2
B( OMe) 2
Pd( OAc) 2 + Br Et 3 N
Suzuki Coupling
由烯烃对M-C键的插入和β-消除组成的 Heck 反应
H RX + + Base [Pd] R
催化循环？
Heck Reaction
BH X
+ -
R- X L2 Pd
oxidative addition 1
R'-BY2 + R-X PdL4 , Base R-R' + XBY2
Organob oron Compounds B RCH=CH B Alkyl B
Cou pling reagents X = h alide or triflate) X RCH=CHX RC C X Alkyl-X (D ifficult)
Suzuki Coupling
– these examples illustrate the versatility of the reaction
H B(Sia) 2 + Br H
B(OMe) 2 + Br N NH2
H C6 H1 3 Pd( Ph3 ) 4 NaOMe
偶联反应 课件
Miyaura, N. Cross-Coupling Reactions: A Practical Guide. Springer: 2002. Steven, V. L.; Thomas, A. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 5400.
5
The general catalytic cycle
19
Preparation of organozinc
InsertiLeabharlann n of ZincR X+
Zn
THF, 5-45℃
R
Zn
> 85%
X = I, Br ; R =alkyl, aryl, benzyl, ally
Iodine-Zinc Exchange
R I cat CuI Et2Zn R2Zn
The true breakthrough
9
Introduction of organometallic reagents
1972 Mg 75 77 79 81 Li Sn B Cu 95 Ge 97 Mn
M=
1970 75 80 85 90 95 2000
76 Al, Zn, Zr
88 Si, Pb, Bi, Sb
Heck Reaction
11
The mechanism of Heck Reaction
12
The mechanism of Heck Reaction
13
The mechanism of Heck Reaction
14
The mechanism of Heck Reaction
15
Application
《金属催化偶联反应》课件
金属催化偶联反应的未来发展方向
绿色化学：减少反 应中的有害物质， 提高反应效率
反应机理研究：深 入研究反应机理， 提高反应选择性
新型催化剂开发： 开发新型催化剂， 提高反应活性和选 择性
应用领域拓展：拓展 金属催化偶联反应的 应用领域，如药物合 成、材料科学等
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汇报人：
应用：广泛应用 于有机合成、药 物合成等领域
优点：反应条件 温和，选择性高， 产物纯度高
均相与多相催化偶联反应的比较
均相催化偶联 反应：反应物 和催化剂处于 相同的浓度和 状态，反应速 度快，但选择
性较差。
多相催化偶联 反应：反应物 和催化剂处于 不同的浓度和 状态，反应速 度较慢，但选
择性较好。
金属催化的偶联反应
定义：金属催化的偶联反应是指在金属催化剂的作用下，两个或多个分子或原子通过 化学反应结合在一起，形成新的化合物的过程。
特点：反应速度快，选择性高，产物纯度高，环境友好。
应用：广泛应用于有机合成、药物合成、材料科学等领域。
研究进展：近年来，金属催化的偶联反应在反应机理、催化剂设计、反应条件优化 等方面取得了重要进展。
金属催化偶联反应的氧化还原机理
氧化还原反应： 金属催化偶联 反应中，氧化 还原反应是主 要的反应类型。
电子转移：在氧 化还原反应中， 电子从一个原子 或分子转移到另 一个原子或分子， 形成新的化学键。
氧化剂和还原剂： 在氧化还原反应 中，氧化剂和还 原剂是重要的反
应物质。
氧化还原反应的 平衡：在氧化还 原反应中，氧化 剂和还原剂的浓 度会影响反应的
金属催化偶联反 应的应用
在有机合成中的应用
合成有机化合物：通过金属催化偶 联反应合成各种有机化合物
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• Pd催化有机硅和有机卤代物或三氟甲磺酸酯等在诸 如F-、OH-之类活化剂存在下发生的交叉偶联反应 （无活化剂存在时金属的转移较难进行）。
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18
§2.6 碳-杂原子形成的偶联反应
1、C-N键形成的偶联反应
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19
2、C-O键形成的偶联反应源自PPT学习交流20§2.7 酮的α-芳基化反应
1960年Chatt和Shaw等:
1970年Uchino等:
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4
Kumada反应是镍催化的格式试剂(Grignard reagent) 与 卤化物的偶联反应。
催化剂： NiX2L2（L2=双膦） 溶剂： Et2O or THF 反应条件：0oC~R.T., reflux, 1~20h,
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7
硼试剂的制备
硼试剂往往可由著名的烯烃、炔烃的硼氢化 (Hydroboration)而制得。
E式烯基硼试剂：
Brown, H.C. Organic Synthesis via Boranes, Wiley, New York, 1975, p.38; p.44.
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8
Z式硼试剂：
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本章结束！
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22
22
Corey, E. J.; Varma, R. K. J. Am. Chem. Soc. 1971, 93, 7319. Brown, H. C.; Krishnamurthy, S. J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 3383. Campbell Jr., J. B.; Molander, G. A. J. Organometal. Chem. 1978, 156, 71. Miyaura, N.; Satoch, M.; Suzuki, A. Tetrahedron Lett. 1986, 27, 3745.
[Ni]/R'X' =10-2~10-3 R‘X’： sp2碳的卤化物
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5
反应机理：
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6
§2.2 Suzuki偶联反应
Suzuki偶联反应：Pd催化下的有机硼烷和有机卤、三 氟磺酸酯等在碱存在下发生的交叉偶联反应。
1、利用零价钯作催化剂 2、金属试剂为硼试剂 各种官能团的兼容性大大提高 硼试剂易于合成，稳定性好
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9
Suzuki反应催化循环机理
RX = alkenyl, aryl, allylic halides R’ = alkyl, H
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10
§2.3 Stille偶联反应
• Stille反应：Pd催化的有机锡和有机卤、三氟磺酸酯 等之间的交叉偶联反应。
Stille反应使用了高毒性的锡试剂，但有以下三特点： 1、广泛的官能团兼容性； 2、立体专一性(Stereospecificity); 3、区域选择性(Regioselectivity).
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11
锡试剂的制备：
• 锡试剂的制备一般由活泼金属试剂与三烷基氯化锡反 应制得。
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12
• 通过稀释剂本身的反应来合成新的锡试剂也是一种 重要的合成锡试剂途径。如3-(三正丁基锡)丙炔酸甲 酯与共轭二烯反应可生成烯基甚至芳基锡试剂.
Jousseaume, B. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1984, 1452.
• Negishi反应：Pd催化的有机锌、有机卤，三氟磺酸 酯等之间发生的交叉偶联反应。
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锌试剂的制备：
1、金属锌与卤化物的氧化加成反应
2、金属交换反应 即从其它易得的金属试剂例如镁试剂、锂试剂、铝 试剂等出发加入ZnCl2而制得。
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17
§2.5 基于硅试剂的Hiyama反应
第二章 过渡金属催化的偶联反应
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1
交叉偶联反应
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2
偶联反应
1 Kumada 反应 2 Suzuki 反应 3 Stille 反应 4 Negishi 反应 5 基于硅试剂的Hiyama反应 6 碳-杂原子形成的偶联反应 7 酮的α-芳基化反应
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3
§2.1 Kumada反应
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13
• Stille偶联反应中两组分的组合
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14
• 对锡试剂上不同的取代基在Stille偶联反应中发生金属 交换反应的迁移速率是不同的，甲基、正丁基等1o烷 基基本上不发生迁移，基团的迁移相对速率如下：
R3SnR’ R’=CH3,n-Bu 慢
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§2.4 Negishi偶联反应
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§2.6 碳-杂原子形成的偶联反应
1、C-N键形成的偶联反应
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2、C-O键形成的偶联反应源自PPT学习交流20§2.7 酮的α-芳基化反应
1960年Chatt和Shaw等:
1970年Uchino等:
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Kumada反应是镍催化的格式试剂(Grignard reagent) 与 卤化物的偶联反应。
催化剂： NiX2L2（L2=双膦） 溶剂： Et2O or THF 反应条件：0oC~R.T., reflux, 1~20h,
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硼试剂的制备
硼试剂往往可由著名的烯烃、炔烃的硼氢化 (Hydroboration)而制得。
E式烯基硼试剂：
Brown, H.C. Organic Synthesis via Boranes, Wiley, New York, 1975, p.38; p.44.
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Corey, E. J.; Varma, R. K. J. Am. Chem. Soc. 1971, 93, 7319. Brown, H. C.; Krishnamurthy, S. J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 3383. Campbell Jr., J. B.; Molander, G. A. J. Organometal. Chem. 1978, 156, 71. Miyaura, N.; Satoch, M.; Suzuki, A. Tetrahedron Lett. 1986, 27, 3745.
[Ni]/R'X' =10-2~10-3 R‘X’： sp2碳的卤化物
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反应机理：
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§2.2 Suzuki偶联反应
Suzuki偶联反应：Pd催化下的有机硼烷和有机卤、三 氟磺酸酯等在碱存在下发生的交叉偶联反应。
1、利用零价钯作催化剂 2、金属试剂为硼试剂 各种官能团的兼容性大大提高 硼试剂易于合成，稳定性好
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Suzuki反应催化循环机理
RX = alkenyl, aryl, allylic halides R’ = alkyl, H
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§2.3 Stille偶联反应
• Stille反应：Pd催化的有机锡和有机卤、三氟磺酸酯 等之间的交叉偶联反应。
Stille反应使用了高毒性的锡试剂，但有以下三特点： 1、广泛的官能团兼容性； 2、立体专一性(Stereospecificity); 3、区域选择性(Regioselectivity).
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锡试剂的制备：
• 锡试剂的制备一般由活泼金属试剂与三烷基氯化锡反 应制得。
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• 通过稀释剂本身的反应来合成新的锡试剂也是一种 重要的合成锡试剂途径。如3-(三正丁基锡)丙炔酸甲 酯与共轭二烯反应可生成烯基甚至芳基锡试剂.
Jousseaume, B. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1984, 1452.
• Negishi反应：Pd催化的有机锌、有机卤，三氟磺酸 酯等之间发生的交叉偶联反应。
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锌试剂的制备：
1、金属锌与卤化物的氧化加成反应
2、金属交换反应 即从其它易得的金属试剂例如镁试剂、锂试剂、铝 试剂等出发加入ZnCl2而制得。
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§2.5 基于硅试剂的Hiyama反应
第二章 过渡金属催化的偶联反应
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交叉偶联反应
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偶联反应
1 Kumada 反应 2 Suzuki 反应 3 Stille 反应 4 Negishi 反应 5 基于硅试剂的Hiyama反应 6 碳-杂原子形成的偶联反应 7 酮的α-芳基化反应
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§2.1 Kumada反应
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• Stille偶联反应中两组分的组合
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• 对锡试剂上不同的取代基在Stille偶联反应中发生金属 交换反应的迁移速率是不同的，甲基、正丁基等1o烷 基基本上不发生迁移，基团的迁移相对速率如下：
R3SnR’ R’=CH3,n-Bu 慢
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§2.4 Negishi偶联反应