高等有机合成化学_02.3_偶合反应

+
H3C
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(CH3)2SO4 H3C CH3
52-60%
CH3
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C6H5 MgCl
+
CH3(CH2)3OSO2C3H7
C6H5(CH2)4CH3
50 59
- %
除了Na、Li、Mg等活泼金属化合物外，铜的有机金属化合物 在碳碳单键的形成中特别有用。 这类化合物最典型的有机铜锂试剂，是由甲基锂和碘化亚铜 制备的，生成二甲基铜锂。这种试剂是优良的烷基化试剂， 其分子中的烷基能取代多种类型的卤原子。特别可贵的是能 同高支链的仲、叔卤代烷偶合成不对称烷烃，而且没有消除 产物烯类生成。一些典型实例如下：
n C4H9Br n C4H9Li C6H5CH(CH3)2 n C8H18 43% n C4H10 19%
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C2H5CH=CH2 3%
C6H5C(CH3)2 18%
C(CH3)2C6H5
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烯丙基卤与苯基或烷基锂偶合时，同位素示 踪表明偶联为协同机理：
CH2 C6H5
CH CH2 Cl Li C6H5CH2CH=CH2
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此外，有机锂试剂的碳负离子对卤代烷的SN2机理， 其产物发生高度构型反转似乎是很有力的证据。
C2H5 C6H5CH2Li H Br CH3 C6H5CH2 C2H5 H 58%(100% reverse) CH3
由此可见，有机金属化合物和卤代烷的偶合不是 一种机理所能概括的。反应物结构和反应条件的 不同，可能使偶联经不同的途径而进行。
NO2
NO2 CF3SO3Cu Br
O2 N
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除铜外，现已发现有机镍化合物也可催化芳基卤化 合物本身或它与芳基格式试剂的偶联。 该反应虽然不属于Ullmann反应，但是近年来研究 发现，其机理有类似之处。
曾报导用双(乙酰丙酮基)镍(Ⅱ)，或者氯化镍的三 苯基膦络合物催化偶联反应，其温和的条件和较高 的产率是比较引人注目的。例如：
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OSiR3
H
CHC5H11 OSiR3
炔烃在铜或亚铜盐催化下，可经双分子偶合 生成二炔烃。该反应称为Glaser反应。
HOOC HOOC Cu Cl /O H 1) 2 2 2 2)H3PO4, aq COOH
实验室中，18－轮烯就是以1,5-己二炔为原料经该反应而制 备的。
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BrMg I Br
Ni(AcAc)2 80%
NiCl2(Ph3P)2 MgBr Br H3COOC (COD)2Ni COOCH3
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73%
COOCH3 85%
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1,4-二氯-2-丁炔或1,4-二氯-2-丁烯也具有催化上 述反应的作用。由于能与芳基Grignard试剂发生电 子转移，从而使偶联容易进行，结果以相当高的产 率生成联芳基化物。
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在合成中，甲基、苄基和烯丙基卤代烷作为烷 基化试剂时，与Grignard试剂进行偶合的烷基化 具有实用价值。一些实例如下：
CH3 C6H5 Cl CH3 MgBr CH3 CH3 (CH2)4CH3 + CH3(CH2)MgBr
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CH3 C6H5 (CH2)9CH3 (CH2)4CH3
本节将介绍形成碳碳单键的另一类反应－－偶合反应。
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2.3.1
脂烃基偶合
脂烃基之间或脂烃基与芳基之间的偶合，一般是通过 活泼金属有机物和卤代烃之间的反应而实现的。 一个早期的例子是Wurtz反应。在金属钠作用下，两 分子卤代烷通过Wurtz反应可生成两个烷基连接的烷 烃。 当两分子卤代烷相同时，产率可达40－60％。不同卤 代烷分子之间的偶合可能生成三种产物，所以缺少合 成价值。
I Cu
对于反应机理还不清楚，可能的机理是：
ArI
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Cu
ArCuI ArI
Ar
Ar
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一些实例如下：
NO2 I Cu+,CH3COCH3 NH3 , H2O
NO2
O2N
I COOCH3 Br NO2
92%
COOCH3 61% O2N
Cu 74% I
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I
Cu
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Ullmann反应的改良是用三氟甲磺酸亚铜为催化剂， 这样可使反应在30℃ 左右的温度下进行。
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所以，Wurtz反应一般仅用于对称烷烃的制备， 例如
2 C4H9Br Na C4H9 C4H9 Na 48%
2 CH3CHCH2CH2Br CH3
BrCH2CH2CH2Br
CH3CH(CH2)4CHCH3 CH3 CH3
70%
Na
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关于该反应的机理有两种不同看法。
MgBr ClCH2C CCH2Cl R Et2O
R 70-90%
R
2013-11-11Hale Waihona Puke Baidu
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将芳基Grignard试剂同硼酸酯作用可得相应的芳基硼 酸，后者在四-(三苯基膦)钯催化下，能与芳基溴 或芳基碘发生偶联。由于该反应产率很好，而且芳 卤化合物的邻对位可带有不同取代基，从而具有广 泛的实用价值。
HO 4%
(CH3)2CuLi
(CH3)3CCH=CHCH2C(CH3)3
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烷基铜锂和卤代烷的偶合具有良好的立体选择性。 反应中手性卤代烷所得的产物构型发生反转， 这是反应经SN2历程的一个有力证据。
H Br (C6H5)2CuLi THF C6H5 H 87% (84-92%ee)
R MgBr (CH O) B 3 3 H 2O R Br R 88-99%
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B(OH)2 R
前面几类芳基偶联反应，一般是在芳卤化合物或其 衍生物之间进行的，芳香化合物在三-(三氟乙酸)铊 催化下，可不必转变为卤化物而直接发生偶联，当 芳环上具有给电子基时，反应的产率很好。
OCH3 OCH3 CH3 Tl(OCOCF3)3 81-92% CH3
CH3 OCH3
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2.3 偶合反应--小结
序 号 反应名称（中英文） 反应物种类 反应条件 产物种类 反应实例 (使用何种 催化剂)
1
脂 烃 基 偶 合 反 应
Wurtz反应 Wurtz-Fittig反应 Glaser反应 Cadiot- Chodkiewicz反应
芳基偶合反应
两分子芳基卤的偶联反应最早可能是由Ullmann发现 的，所以称为Ullmann反应。
该反应可用来合成许多对称的和不对称的联芳基卤化合物。 芳环上的取代基除-OH、-NH2、CH3CONH-、-COOH等外， 一般对反应没有不良影响。现已发现，卤原子邻位的硝基可 促进反应的进行，R、RO基在所有位置都能促进反应。
(CH2)2CH3 62-72%
Br
Br
CH3I
CH3 50%
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有机锂化物、Grignard试剂等其它有机金属化 合物也能发生类似Wurtz反应的偶合。
RLi
RX R'X
R R
RMgX
RX
R R
RC CNa
RC CR'
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为了揭示Wurtz反应的机理，曾对有机锂与卤代 烷的偶合作了较为深入的研究. 结果表明：结构简单的烷基锂偶合时，可以通过 现代物理方法检测到自由基的存在，偶联产物中 除了正常较高级的烷烃外，还有自由基的歧化和 自联产物。
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另外，分子内进行时，能使双烯丙基卤化物环化。 合成上制备大环化合物。
BrCH2CH=CH(CH2)12CH=CHCH2Br
Ni(CO)4 76-84%
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另一个有机镍化合物是双-(1,5-环辛二烯)镍(0) [(COD)2Ni]是一类很有用的乙烯型卤偶联催化剂，它 能使芳基卤或乙烯卤发生偶联。
2.3 偶合反应
本节预备知识
1.有机金属化合物的结构特征和化学性质
2.Wurtz（武兹）反应合成对称烷烃 3.炔烃活泼氢的化学性质 4.Ullmann芳基偶联反应
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2.3
偶合反应
脂烃基偶合
芳基偶合反应
2.3.1
2.3.2
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2.3
偶合反应
前文讨论了羰基化合物的-烃化反应和羟醛缩合反 应。由于反应产物都具有羰基，利用羰基多样的反应 特性，可以进行多种合成转变。因此，上述两类形成 碳碳单键的反应具有重要的实用意义。
H H
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Cu(OAc)2 C6H5N
1) t BuOK 2) H2,Pt/CaCO3
在亚铜盐催化下，端位炔与炔卤化合物的偶合可得不 对称的二炔烃。该反应称为Cadiot-Chodkiewicz反应。
RC CH NH4OH RC CCuXC CR' RC C C CR' CuCl CuCl C6H5C CH BrC CCOOH C H C C C CCOOH C4H8NH2 6 5 75%
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在合成中，有机镍化合物和卤化物的偶联应用也很广泛。 烯丙基卤和羰基镍首先形成两分子烯丙基卤和两个 Ni原子键合的络合物，后者能和许多有机卤化物 反应，结果烯丙基与卤代物中的烃基连接。例如：
Br CH2=CHCH2Br Ni(CO)4 Ni Br CH2=CHBr I [(CH2=CHCH2)NiBr]2 [(CH2=CHCH2)NiBr]2 CH2=CHCH2CH=CH2 CH2CH=CH2 70% 91% Ni [(CH2=CHCH2)NiBr]2
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芳基偶合反应 (Ullmann反应)
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I OH
Br Br (CH3)2CuLi
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(C2H5)2CuLi
Et2O 78%
H3C CH3 95%
OH
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此外，该试剂还能与硫酸或磺酸酯、乙酸烯丙酯 等发生反应，也能与环氧乙烷类作用，给出开环 烷基化产物醇。
O OH (CH3)2CuLi 89%
(CH3)2C=CHCHCH2C(CH3)3 OOCCH3
一种认为偶合经有机钠化合物对卤代烷的SN2反应而实现。 证据是反应一般得到构型反转的产物，而且卤代烷的活性顺 序是1o> 2o> 3o 。 另一种认为钠首先与卤代烷作用生成自由基R ，然后两 个R再结合生成烷烃。主要依据是反应生成的烯烃副产物是 相应的烷基歧化作用(disproportionation)所致。 由于钠过于活泼，对Wurtz反应的机理还缺乏统一的意见。
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Cl
在钛催化下，羰基化合物能发生还原偶合反应而得 烯烃。反应中两个羰基氧原子生成TiO2被脱除，该 方法可制备高位阻烯烃。
O Ti THF,N2
91%
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23
CHO Ti THF,N2
85%
COCH3
CH3COCH3 Ti THF,N2
95%
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2.3.2
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Fittig曾用芳基卤化物代替卤代烷进行上述反应，因 反应生成多种副产物而无应用价值。 但改用一分子芳卤化物与一分子卤代烷在钠存在下反 应时，可成功地获得烷基芳烃类产物。该反应即为 Wurtz-Fittig反应。
Br
Br(CH2)2CH3 Na Et2O Na Et2O H3C
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不对称的烷基铜锂试剂可由炔铜与相应烃基的锂化物来制备。 由于炔基和铜的结合十分牢固，因此这种试剂在反应时只选 择性地转移另一个烃基。利用炔基铜锂的这种选择性，可在 卤代烷的碳原子上或在,-不饱和酮的-碳原子上引入比较 复杂的烷基。
C3H7C CCuLi H C3H7C CCu [(CH3)2N]3P LiCH=CHCHC5H11 O O OSiR3 CH=CHCHC5H11
NC C6H5CH=CHBr Br (COD)2Ni NC CN 81%
(COD)2Ni
C6H5CH=CH CH=CHC6H5 46%
另外，乙烯卤或芳基卤和Grignard试剂的偶合也能 被2价镍化合物催化：
Cl CH3(CH2)3MgBr
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(CH2)3CH3 (R2PCH2)2NiCl2 94% (CH2)3CH3