水相中铜催化含氮杂环化合物的N-芳基化反应(封面文章)
Cux+催化的N-芳基化反应研究进展
Ｋ ｌｃｒ ｎｗｉ ｄ ａ ｎ ｒｕ ＝Ｅ ｅ ｔｏ ｔ ｒ ｇ ｇ ｏ ｐ ｈ
于铜 在偶联 反应 中的活性较 高 、 格低廉 ， 以 以铜及 价 所
其 盐 或氧化 物为催化 剂 的研 究最 多 。
作 者在此 针对反应 中使 用 的不 同配 体 ， Ｃ 催 对 ｕ
Ｃ ｏ ｄｒ ｈ ｕ ａｙ等［ １ 成 了铜 交 换 的氟 磷 灰 石 （ ｕ 合 Ｃ— Ｆ ） 并将 其用 于催 化 咪 唑类 杂 环 化合 物 的 Ｎ＿ 基 ＡＰ ， 芳
亿 擘 与 生 ｏ １ Ｖ ． ８
Ｃｈ ｍ ｉｔｙ ＆ Ｂｉｅ ｇｉ ｅｒ ｇ ｅ ｓｒ ｏ ｎ ｎ ｅ ｉ ｎ
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芳 基化 反应 ， 果较好 。 效
《 一ｃ＋ ｅ Ｈ一ｍ ｌＣ２［ｕ￣ １Ｈ ｔ —Ｎ ５ ｏ ｄｕ Ｃ］， Ｖ ０ ． 一Ｎ Ｈｔ — ｅ
Ｒ ＝／ Ｃ＝ ０，ＭＳ 。８ Ｒ ＝ ／ ｓ ３ Ｃ Ｄ Ｏ １ ｈ
Ｉｏ ａ ｏ ｉｌ： ３ ￣．７ ｓ ｌ ｉ ｎ ｙ ｅｄ６ ａ ９ ％ ｔ ／
ｌ ０℃反应 １ ２ ９ｈ 得 到较 高收 率 的 目标 产 物 ， １ ． ～２ ， 催
化剂 能循环使 用 。
Ａｒ Ｎｕ
２０ ０ ７年 ， ｈ ｎ Ｃ ａ ｇ等 ［］ 四丁基溴化 铵为相 转移催 ２以 ０ 化剂实 现了无 配体 、 ｕ 催 化 的 杂环 化合 物 与 取 代碘 ＣＩ
研 究进 展 进 行 了综 述 ， 出研 发 高效 、 用 、 廉 易得 的 配体是 Ｃ 指 通 价 催 化 Ｎ 芳基 化反 应 的 发展 方 向 。
Cu催化的偶联反应的研究进展资料
Dawei. Ma, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12459 Org. Lett., 2001, 3, 2583
二、Cu催化的C-O偶联反应
二、Cu催化的C-O偶联反应
X + R1 X=Br, I HOR2 CuI, L, additive solvent, △ R OR2
Cu催化的偶联反应的研究进展
金薇 导师：万伯顺 研究员 2008.06.02
内容介绍
引言 铜催化的偶联反应的研究进展 一、Cu催化的C-N偶联反应 二、Cu催化的C-O偶联反应 三、Cu催化的C-S偶联反应 四、Cu催化的C-C偶联反应 结论与展望
引言
自从20世纪初 Ullmann和Goldberg报道了Cu催化的 C(aryl)-N，C(aryl)-O，C(aryl)-C成键反应后一直到 20世纪70年代Cu催化是形成这一类结构的最主要的催 化体系。1980年Migita小组首次报道了钯催化的芳基 卤化物与胺、硫醇等的偶联。随后，钯催化体系由于 其高效性逐渐取代了铜催化体系而成为人们争相研究 的热点。最近钯催化的C-X成键也有了一些新的突破， 尤其是对于氯代芳烃作为芳基化的底物。不过，由于 钯催化剂自身比较昂贵，且对环境不友好，近些年人 们又将注意转移到了温和的铜催化的交叉偶联反应上， 从而使得Cu催化的C(aryl)-X成键反应成为有机合成领 域中非常重要的工具。
W. Deng, Y.-F. Wang, Y. Zou, L. Liu, Q.-X. Guo, Tetrahedron Lett. 2005, 45, 2311
ArX + NuH
Cat: CuBr ligand: β-keto ester Cs2CO3 r.t.～80℃
铜催化的偶联反应
水相中铜催化的偶联反应摘要在胺的、醇、硫醇等的芳基偶联反应中，铜是一种强有力催化剂，但是，这些是在有毒的有机溶剂中进行的。
因此，使用温和的和良性的水作为溶剂已经引起了关注。
这里回顾了最近的铜催化的水相中的偶联反应。
并且对于水相反应中水的作用和铜催化的C-N键的形成进行了简述。
引言在过去的几年当中，对于碳杂键的建立，铜催化剂被认为是一种有效的物质，并且在工业生产中得到了使用。
在这一类型的反应中，许多的温和的不同于以往在反应中使用的有害的有机溶剂水被开发。
这一工作实现了绿色化学的目标，避免了少量的有机溶剂带来的环境污染问题。
在许多的绿色溶剂中水是比较理想的[1]。
水被认为是一种比较好的良性溶剂。
在化工的生产中，水是一种消费较低、安全、使用和绿色的物质。
而在偶联反应中水不仅是一种好的溶剂而且还影响着反应的速度。
水的作用在反应中，催化剂和化学计量的水在提高反应速率和化学反应选择和立体选择性上都有很大的影响[2]。
据报道一些研究的工作者认为水能够加速反应，这主要归咎于有机物质的疏水作用。
在反应中，由于有机物质不溶于水中这样它们能够和好的聚集在一起，紧密的接触而更好的反应。
这是因为反应物的非极性部分不能与水有很好的相容性而致，同时这对于在许多的有机溶剂中的反应有较好的立体和电子效应的影响[3]。
然而,在么有加溶剂的情况下，让有机反应物很好的接触却没有得到好的产率，这可能是由于水的加入形成氢键的作用吧！另一方面，有报道说，某些在水中发生的反应的加速和得到很高的产率的现象是因为有机反应物只能在水相的表面，以致这一反应发生在水相和有机相的界面一点接着一点地发生[4]。
报道还说在这样的反应体系中，不均匀性是加速反应的必要条件同时报道不均匀不是提高产率的原因。
报道还说氢键是发生加速反应的重要因素而不是前面说的由于紧密接触引起的。
最近有报道支持这一说法[5]，有人通过研究水分子在水和油界面的行为，得出水分子在界面容易和产物形成氢键。
cu-mof类芬顿反应
cu-mof类芬顿反应Cu-MOF类芬顿反应是一种新型的高效催化剂，在环境污染治理中具有广泛的应用前景。
该反应以Cu-MOF为催化剂，利用过氧化氢（H2O2）和草酸（H2C2O4）在水相中进行，可高效地降解有机物污染物。
本文将就Cu-MOF类芬顿反应的原理、应用、优缺点等方面进行阐述。
一、Cu-MOF类芬顿反应原理芬顿反应是一种原位生成羟基自由基（·OH），用于降解污染有机物的方法。
Cu-MOF类芬顿反应则是利用机械稳定化的Cu-MOF催化剂，通过内部还原来活化过氧化氢，产生自由基（·OH），进而降解污染物。
Cu-MOF催化剂具有良好的机械稳定性和可重复性，使得其在较强的反应条件下仍能保持较好的催化效能。
1.水处理Cu-MOF类芬顿反应可应用于废水处理领域。
通过该反应可以高效处理各种有机物污染物，如染料、农药、药品等，使其分解为无毒、无害的小分子物质，从而达到净化水体的目的。
由于催化剂在反应后可以被轻易地分离与回收，因此这种反应具有很高的可行性和应用前景。
2.空气净化此外，Cu-MOF类芬顿反应也可以用作空气净化工艺。
由于其具有高效的催化性能，可用于处理各种空气污染物，如甲醛、苯、氨气等，使其转化为无毒、无害的气态物质，保障室内外空气的质量，降低健康与环境的风险。
1.优点（1）高催化效率：Cu-MOF类芬顿反应对有机物分解高效，催化剂的结构可以提高反应速率。
（2）环保：该反应过程不会产生二次污染物，对环境具有很好的友好性。
（3）催化剂可重复使用：由于催化剂具有良好的稳定性和可重复性，因此可以多次使用。
2.缺点（1）反应条件严格：Cu-MOF类芬顿反应需要特定的反应条件才能启动，否则反应效率不高。
（2）成本相对高：由于其催化剂的制备、性能评估需要较高成本，所以会增加其应用的成本。
CuAAC论文：水相中Cu_2O催化的CuAAC反应研究
CuAAC论文：水相中Cu_2O催化的CuAAC反应研究【中文摘要】自从Sharpless和Meldal实验室分别发现Cu（I）可以催化叠氮和端炔的环加成反应（CuAAC）以来,由于反应条件温和且具有较高的转化率和立体选择性,使得该反应在化学、生物以及材料科学领域都得到了广泛的应用。
对于该反应催化体系的研究,分为以下几种:Cu（II）/【英文摘要】Since the seminal discovery of the Cu（I）-catalyzed azide–alkyne cycloaddition （CuAAC） by the groups of Sharpless and Meldal independently, this‘near–perfect’bond–forming reaction has found a myriad of applications in chemistry, biology, and materials science. Aplethora of copper catalytic systems have been utilized to catalyze this transformation including the combination of copper with other elements such as Cu（II）/sacrificial reducing agent, Cu（0）/oxidizing agent or Cu（I）/auxiliary ligand, and the use of Cu（I） species alone. Despite these catalytic systems available, it still appeals as a more simple and practical catalyst for this reaction. Compared with other cuprous species, Cu2O is the most readily available and above all an inexpensive catalyst. For a long time, the surface of Cu2O has been assumed to be the catalytically active species in metallic Cu（0）-catalyzed AACreactions, supported by experimental evidence. Unfortunately, reactions directly catalyzed by Cu2O powder were usually met with incomplete conversion and poor yields even after longer reaction times. Until now, the catalytic capability of Cu2O in the CuAAC reactions has yet been thoroughly exploited because of lacking appropriate reaction conditions.As our continued interest in developing and applying smart organic reactions to label biomolecules under bio-compatible conditions, we noted that Cu2O has been emerging as a versatile catalyst for organic reactions such as coupling and cycloaddition reactions, some of which can be performed in water, so we envisaged that water might be a required medium for Cu2O-AAC reactions. Further studies realized this hypothesis.Cu2O as the catalyst in water was found to be quite robust for the azide-alkyne cycloaddition （AAC） reaction, which was verified by a wide variety of applicable azides and alkynes. Water was proved to play an essential role because of a significant rate acceleration compared with reactions using organic solvents and conducted under neat conditions. The high catalytic performance ofCu2O/H2O system was further argued by decreasing the catalyst loading to ppm levels.【关键词】CuAAC 叠氮端炔 Cu2O 水【英文关键词】CuAAC azide alkye Cu2O H2O【备注】索购全文在线加好友：1.3.9.9.3.8848同时提供论文写作一对一指导和论文发表委托服务【目录】水相中Cu_2O催化的CuAAC反应研究摘要4-5Abstract5第一章前言8-26第一节铜催化的叠氮和炔的环加成反应(CuAAC)8-14 1.1.1 催化剂和配体的影响8-9 1.1.2 CuAAC反应机理9-10 1.1.3 CuAAC反应的应用10-14第二节磺酰基叠氮和端炔参与的反应14-19 1.2.1 磺酰基叠氮、端炔和亲核试剂进行的三组分反应15-16 1.2.2 磺酰基叠氮和端炔合成三唑的反应16-18 1.2.3 N-磺酰基取代的1,2,3-三唑的开环反应18-19第三节氧化亚铜催化的反应19-22 1.3.1 氧化亚铜催化的偶联反应19-21 1.3.2 氧化亚铜催化的成环反应21-22第四节催化剂在Part-Per-Million条件下催化的反应22-26 1.4.1 Part-Per-Million铜催化剂催化的偶联反应22-23 1.4.2 Part-Per-Million铜催化剂催化的叠氮和端炔的反应23-26第二章论文选题26-27第三章实验部分27-33 3.1 叠氮的制备27 3.2 实验步骤27-33 3.2.1 对甲苯磺酰基叠氮和苯乙炔在各种催化体系中的反应情况27-28 3.2.2 氧化亚铜催化的叠氮化物和端炔在水相中合成1,2,3-三唑的反应28-30 3.2.3 氧化亚铜催化的普通叠氮和端炔在水中的反应30 3.2.4 Part-Per-Million条件下Cu_20催化的叠氮和端炔的反应30-32 3.2.5 反应机理的研究32-33结论33-34参考文献34-38致谢38-39在学期间公开发表的论文及著作39-40附录40-59。
铜基催化剂在水相氧化反应中的催化性能研究
铜基催化剂在水相氧化反应中的催化性能研究近几年来，随着环保意识的不断提高和工业发展的加速，研究环保型催化剂已成为了热门话题。
其中，铜基催化剂因其良好的活性和稳定性而备受研究者的关注。
这篇文章将讨论铜基催化剂在水相氧化反应中的催化性能研究进展。
一、水相氧化反应的概念水相氧化反应是指在水溶液中用氧气或其他氧化剂对有机物进行氧化反应。
这种反应具有环保、高效、安全等特点，已成为研究新型催化剂的热点。
二、铜基催化剂的优点铜基催化剂具有良好的选择性、催化活性和稳定性，尤其适用于水相氧化反应。
同时，铜基催化剂具有廉价、易得等经济性能，是具有潜力的工业应用催化剂。
三、铜基催化剂的制备方法当前，铜基催化剂的制备主要有物理法、化学法和生物法三种方法。
1. 物理法：利用物理方法制备的铜基催化剂多数具有狭窄的活性区域，因此不适用于水相氧化反应。
2. 化学法：当前，化学法制备的铜基催化剂种类多样，但其中一些催化剂的活性和稳定性有待提高。
例如，一些铜基催化剂在反应过程中容易发生脱附，导致催化剂活性降低。
3. 生物法：利用生物方法制备的铜基催化剂具有自身重要的生物学功能，例如在呼吸等过程中起到催化作用。
这种催化剂适用于水相氧化反应，并可提高催化剂的活性和稳定性。
四、铜基催化剂在水相氧化反应中的催化性能研究1. 水相氧化合成烯丙基醇水相氧化合成烯丙基醇是一种重要的有机合成方法，近年来得到了广泛研究。
铜基催化剂在此反应中表现出了优异的催化性能，例如铜-氧-氮配位催化剂在反应中表现出了高的选择性和良好的催化性能。
2. 水相合成脂肪酸水相氧化合成脂肪酸是一种具有环保、可控性的新型有机合成方法。
铜基催化剂在此反应中表现出了良好的催化活性和稳定性，例如铜-氧-氮配位催化剂在反应中表现出了很高的选择性和催化活性。
3. 水相氧化处理工业污水工业污水中含有大量的有机物，而水相氧化反应具有对这些有机物进行有效处理的优点。
铜基催化剂在此反应中表现出了良好的催化性能，例如负载型铜基催化剂在反应中表现出了较高的催化活性和稳定性。
Rosenmund-vonBraun反应
Rosenmund-vonBraun反应芳基卤化物和过量的氰化亚铜在高沸点极性溶剂（如DMF，硝基苯和吡啶）中回流反应得到芳基腈类化合物的反应。
反应机理首先芳基卤化物和氰化亚铜进行氧化加成得到Cu(III)中间体。
紧接着还原消除得到产物：此反应中过量的氰化亚铜和极性高沸点溶剂纯化起来都比较困难。
另外，很高的反应温度，对底物的官能团的耐受度要求也很高。
利用碱金属氰化物或氰化试剂（如氰醇）在催化量的碘化亚铜和碱金属碘化物存在下，可以和芳基溴化物在较温和的条件下进行催化氰化反应。
芳基碘化物，氰化钠和碘化亚铜发生此反应，其机理应该和Ullmann-type reaction的机理类似：芳基溴化物的反应可以加入碱金属碘化物，可以进行反应平衡转化为高活性芳基碘化物：H.-J. Christeau 报道了利用丙酮氰醇进行氰化的反应(Chem. Eur. J., 2005, 11, 2483. DOI).最新文献Copper-Catalyzed Domino Halide Exchange-Cyanation of Aryl BromidesJ. Zanon, A. Klapars, S. L. Buchwald, J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 2890-2891.本文编译自：Organic Chemistry Portal1914年，德国化学家 Karl Wilhelm Rosenmund 与其博士学生Erich Struck 发现催化量氰化亚铜存在下，芳卤可以与氰化钾的醇水溶液于200 °C进行作用，产生相应的芳香羧酸。
不久后，Rosenmund 提出芳腈是上述反应的中间体。
Alfred Pongratz和 Julius von Braun 分别对反应作了一些改进，将反应温度提高，并使反应在无溶剂条件下进行。
此后又出现了其他一些改进法，例如用离子液体作为反应介质等。
铜催化N-芳基化反应 药物合成专业毕业论文
铜催化N-芳基化反应药物合成专业毕业论文铜催化N-芳基化反应是一种重要的有机合成方法，可以用于合成多种具有药物活性的化合物。
本文将从铜催化N-芳基化反应的原理、机理和影响因素等方面进行阐述，并以药物合成为应用场景，探讨其在药物合成中的应用。
一、铜催化N-芳基化反应的原理与机理铜催化N-芳基化反应是一种通过将亲电芳香化合物加到含有N-叔丁基苯磺酰氨基的底物上，使其发生亲核反应，进而形成N-芳基化合物的有机转化反应。
其反应机理如下：首先，底物通过铜催化发生亲核取代反应，失去叔丁基空间位阻，使底物的N原子更容易进行亲电芳香化反应。
然后，亲电芳香化合物进一步发生亲核反应，与底物N原子形成氮上的碳-氮化合物。
最后，通过酸解离或碱解离去除N-磺酰基，得到N-芳基化合物。
反应中铜离子通过将底物上的N-叔丁基苯磺酰氨基进行解离，使其失去位阻，提高其亲核反应的效率和底物的反应性。
同时，铜离子还可以使亲电芳香化合物更容易发生亲核反应，形成氮上的碳-氮化合物。
二、影响铜催化N-芳基化反应的因素在铜催化N-芳基化反应中，反应条件是影响反应效果的重要因素。
反应条件包括反应温度、反应时间、底物浓度、亲电芳香化合物的种类和含量、催化剂种类和含量等。
1.反应温度：反应温度是影响反应速率和产物选择性的重要因素。
通常情况下，反应温度在60-120°C之间，较高的反应温度可以促进反应速率，但同时也会影响产物选择性。
2.反应时间：反应时间对反应速率和产物选择性也有很大影响。
在反应前期，反应中可能会产生一些不利于产物选择性的中间体，但随着反应时间的延长，这些中间体会继续反应，最终形成稳定产物。
3.底物浓度：底物浓度对反应速率和产物选择性都有影响。
较低的底物浓度可以提高产物选择性，但过低的底物浓度会降低反应速率。
4.亲电芳香化合物种类和含量：典型的亲电芳香化合物包括硝基苯和卤代苯等。
不同亲电芳香化合物的种类和含量对反应速率和选择性也有明显影响。
一种类水滑石材料催化含氮杂环化合物氧化脱氢的方法[发明专利]
![一种类水滑石材料催化含氮杂环化合物氧化脱氢的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/dbcf5b3a76a20029bc642d33.png)
专利名称：一种类水滑石材料催化含氮杂环化合物氧化脱氢的方法
专利类型：发明专利
发明人：陶倩云,何明阳,周维友,潘九高,孙富安
申请号：CN201710492400.2
申请日：20170626
公开号：CN107141252A
公开日：
20170908
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种以类水滑石为催化剂催化含氮杂环化合物氧化脱氢的方法，它属于类水滑石的应用方面。
所述的类水滑石可表示为：A‑MM‑LDHs(A＝OH或CO；M＝Ni，Co，Cu,Mg或Zn；M＝Fe，Mn，Al；M/M＝(2～4)。
在所述催化剂存在下，不添加任何助剂，于温和条件下对杂环化合物进行氧化脱氢反应制备相应的芳香类化合物。
本发明中的类水滑石材料基于非贵金属，可以大量合成，且可回收利用；此方法具有催化反应效率高，反应条件温和、成本低、易于工业化等优点。
申请人：常州大学
地址：213164 江苏省常州市武进区滆湖路1号
国籍：CN
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铜基水相催化剂的合成与性能研究
铜基水相催化剂的合成与性能研究随着环保意识的逐渐增强，绿色化学技术成为当今化学科技发展的重要方向之一。
水相催化技术是绿色化学技术的代表之一，其使用水作为反应介质，避免了对环境的污染，成为了一种绿色、低成本的催化技术。
在水相催化领域，铜基水相催化剂备受关注，其合成与性能研究将不断推动水相催化技术的发展。
一、铜基水相催化剂的合成目前，合成铜基水相催化剂的方法主要包括物理吸附、共沉淀法、单相溶剂法、等离子体法等。
在这些方法中，物理吸附法用于制备负载型催化剂，共沉淀法被广泛应用于制备铜基固体催化剂，而单相溶剂法则被用于制备溶剂型催化剂，等离子体法则用于制备高活性的金属催化剂。
其中，物理吸附法在催化反应中表现出较高的稳定性，可反复使用，但存在稀释效应；共沉淀法制备的铜基催化剂活性高，但在反应中易受到高温、高压等条件的影响；单相溶剂法则制备的铜基催化剂具有优良的可操作性和高效性，但其催化效率相对较低。
等离子体法制备的铜基催化剂具有高活性及特异性，但制备成本高，生产难度大。
二、铜基水相催化剂的性能研究铜基水相催化剂的性能是评价其催化活性的重要指标。
常见的催化剂性能研究方法包括表面积测定、XRD分析、SEM观察，以及催化反应的动力学研究等。
表面积测定是评价催化剂活性的最基础指标之一，其与催化剂活化与反应降解过程密切相关。
XRD分析可用于确定催化剂晶体结构及晶格常数，SEM观察则可确定催化剂的颗粒形态及大小分布情况。
催化反应的动力学研究可确定反应过程中的反应速率常数、反应机理等，更有利于深入研究铜基水相催化剂的催化机制。
三、铜基水相催化剂的应用领域铜基水相催化剂广泛应用于有机合成反应、氧化还原反应、CO2催化转化等领域。
在有机合成反应方面，铜基水相催化剂被广泛应用于哌啶、喹啉等生物活性分子的合成中。
在氧化还原反应中，铜基水相催化剂被应用于制备高附着无机薄膜，实现了绿色化学合成。
在CO2催化转化领域，铜基水相催化剂可将二氧化碳转化为甲酸、甲醇等一系列有机酸，为化学合成提供新的思路和方向。
乌尔曼反应（Ullmann）
乌尔曼反应（Ullmann）乌尔曼反应（Ullmann）是指卤代芳香族化合物与Cu共热生成联芳类化合物的反应。
这个反应是德国化学家 Fritz Ullmann 在1901年发现的，因此叫乌尔曼反应（Ullmann）。
该反应是形成芳-芳键的最重要的方法之一。
经过历代前贤研究发展，现在合成中最常用的是碘化亚铜催化下的芳香C-N偶联反应。
反应机理：[1]Scheme 1 Reactionmechenism of Ullmann该反应分四个阶段：第一阶段，配体二胺和亚铜配合生产偶合铜；第二阶段，芳基氮原子被吸引参与偶合，形成四元耦合态；第三阶段，脱除一个卤化氢，回到三元偶合态；第四阶段，卤代芳烃参与偶合，并最终形成稳定的偶合产物，二胺和铜配体回归原始状态，继续参与下一分子催化偶联。
反应影响因素：芳香胺基底物、卤代芳烃、Base的选择、溶剂、温度。
反应示例：YJFX-1216-A (15.0 mmol) and SM1 (16.5 mmol) were dissolved in Toluene/THF (v/v=8/2). N,N'-Dimethyl-ethane-1,2-diamine (3.0mmol), CuI (3.0 mmol) and K3PO4 (45 mmol) were added tothe solution, the mixture was stirred at 80-90°C under nitrogen for 2 hours. H2O(5V) was added into the mixture, the mixture was extracted with EtOAc (5V*2).The organic layer was dried with anhydrous Na2SO4 andconcentrated, and the residue was purified by column chromatography to give product as a colorless solid.经验总结：1.反应中铜和配体不局限与催化量，可根据需要，多加点，实验证明，多加点确实反应很快，其中配体不加，确实不反应，因此，反应确实需要这个配体和铜偶联，之后才继续促进反应。
芳酰胺化反应
经典化学合成反应标准操作芳酰胺化反应目录1. 前言 (2)2. 铜催化下的芳酰胺化 (3)2.1 芳香卤参与反应 (3)2.1.1 铜盐 (4)2.1.2 配体 (5)2.1.3 溶剂 (7)2.1.4 碱 (7)2.2 铜催化下的芳基硼酸与酰胺的偶联反应 (9)2.3 三芳基铋参与的反应 (10)3. 钯催化下的芳酰胺化 (12)1. 前言最早的芳酰胺化反应是Goldberg 1906年报道的铜催化下的芳基化反应。
1早期的Goldberg反应局限于卤代芳烃和芳酰胺之间的偶联，尽管实际起作用的是一价铜络合物，在反应中人们通常使用过量的铜粉。
反应的温度通常高达210℃，反应的后续处理困难，反应产物复杂，反应的产率也不高。
尽管如此，由于在早期人们没有其它办法来实现亲电性sp2碳与亲核试剂之间的直接偶联，Goldberg反应仍然被合成工作者大量使用。
值得注意的是，在早期的实验中人们发现卤代芳烃上的吸电子基团，特别是卤素邻位的吸电子基团可以大大地活化Goldberg反应。
通过在芳基亲核化合物上添加给电子基团以增加其亲核性也可以促进Goldberg 反应。
后来，中科院有机所的马大为及其同事发现CuI催化的N-芳基化在某些α-氨基酸存在下，可以在90℃下顺利进行。
Buchwald 等人2发现用乙二胺类做配体，CuI催化的Goldberg 反应可以在较温和的条件下进行，并对之进行了较深入的研究。
用相应的芳基硼酸代替芳卤化合物进N-芳基化近年来也取得了长足的进展，其条件要比相应的Goldberg反应温和的多。
基于铜盐催化的芳基化有诸多的缺点，近几年由Pd催化的交叉偶联反应也引起了人们的极大关注。
Pd催化较传统的Goldberg反应具有条件温和、反应简单等优点。
由于Buckwald和Hartwig组在这方面做了大量的工作，因而，人们有时也称这类反应为Buckwald-Hartwig芳酰胺化。
在Pd和Ni催化反应被发现之后，人们从二十世纪七十年代起逐渐放弃了对Goldberg 反应的研究。
铜催化水相Ullmann类型偶联反应研究进展_李正凯
综述与进展
咯、吲哚、苯并吡唑等一系列氮杂环都可以高效的与碘 代芳烃类底物反应, 最高产率可以达到 90%. 但是溴代 底物在该条件下效果较差(Eq. 9).
随后 , 该课题组 [13] 又发展了一种新颖的水溶性联 吡啶氮氧化物配体, 结合简单铜盐 CuSO4, 在不加相转 移催化剂的条件下, 也可以有效的催化氮杂环与卤代芳 烃的 C-N 偶联反应(Eq. 4). 该催化体系对于反应底物有 良好的官能团兼容性, 甚至带羟基或氨基的卤代芳烃都 无需保护, 得到较好的结果. 但是富电子的卤代芳烃效 果相对较差, 例如对甲氧基溴苯与咪唑只得到 32%的偶 联产物.
* E-mail: zhouxiangge@ Received January 16, 2013; revised February 5, 2013; published online February 18, 2013. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 21072132, 21272161). 国家自然科学基金(Nos. 21072132, 21272161)资助项目.
近几十年来, 过渡金属催化的交叉偶联反应一直是 有机化学的研究热点, 也是构建碳碳和碳杂键最为有效 的 方 法 之 一 . 其 中 , Suzuki-Miyaura, Mizoroki-Heck, Kumada, Stille, Negishi 等经典偶联人名反应由于其良好 的底物兼容性、高效率、温和的反应条件等优点得到了 广泛的关注, 在药物、天然产物、染料、以及日用化工 产品的合成和制备中都有着非常重要应用[1]. 但是这些 传统的偶联反应的应用依然受限于稀有的贵金属催化 剂(例如钯, 铑, 钌等)、 难以修饰的配体或者较为苛刻的 无水无氧反应条件等因素. 因此发展其他廉价、简单、 高效的催化体系就成为了有机化学家的研究重点之一. 相对而言, 铜[2]、 铁[3]、 锌[4]等金属在自然界中储量丰富, 且毒性较小 , 已经越来越广泛地应用于有机催化反应 中. 事实上, 早在一百多年前, 金属铜就已经被
铜基fenton催化 cdt
铜基fenton催化 cdt
铜基Fenton催化技术在环境修复和有机污染物降解中展现出巨大的潜力。
该技术利用铜离子（Cu²⁺）作为催化剂，在酸性条件下与过氧化氢（H₂O₂）反应生成具有强氧化性的羟基自由基（·OH），从而实现对难降解有机污染物的快速且无选择性的降解。
相较于传统的铁基Fenton技术，铜基Fenton催化技术具有更宽的pH适用范围和更高的催化活性。
铜离子的氧化还原电位较高，能够更有效地活化过氧化氢产生羟基自由基。
此外，铜离子的成本相对较低，毒性也较小，因此在实际应用中更具优势。
然而，铜基Fenton催化技术也面临一些挑战。
首先，铜离子在水溶液中容易发生歧化反应，导致催化剂的失活。
其次，在反应过程中产生的铜离子可能会对环境造成二次污染。
为了解决这些问题，研究者们正在尝试开发新型的铜基催化剂，如硫化铜（CuS）等。
硫化铜作为一种新型的铜基催化剂，在光助Fenton体系中表现出良好的催化活性。
通过简便的水热法制备的硫化铜具有良好的结晶性和光响应性能。
在近红外光的照射下，硫化铜能够显著增强Fenton体系的催化氧化作用，实现对有机污染物的快速降解。
此外，硫化铜的制备成本较低，环境友好，因此在实际应用中具有广阔的前景。
总的来说，铜基Fenton催化技术是一种具有潜力的有机污染物降解技术。
通过不断的研究和优化，有望在未来实现更广泛的应用。
蒙脱土负载+Cu_sup_+_sup_催化含氮杂环化合物的+N-芳基化反应
2012Chinese Journal of Catalysis V ol. 33 No. 12文章编号: 0253-9837(2012)12-1877-06 国际版DOI: 10.1016/S1872-2067(11)60458-0 研究论文: 1877–1882蒙脱土负载 Cu+催化含氮杂环化合物的N-芳基化反应綦晓龙1, 周丽梅1,a, 蒋晓慧1,b, 范红伟1, 付海燕2, 陈华21四川省化学合成与污染控制重点实验室, 西华师范大学化学化工学院, 四川南充 6370022四川大学化学学院有机金属络合催化研究所, 四川成都 610064摘要: 通过简单的离子交换法制备出蒙脱土 (MMT) 负载 Cu+催化剂, 采用 X 射线衍射, X 射线光电子能谱, 扫描电子显微镜和X 射线能量色散谱等技术对催化剂样品进行了表征. 结果表明, Cu+已经成功的插入到蒙脱土层间. 在芳基氯或芳基溴与含氮杂环化合物的N-芳基化反应中, 催化剂显示出高的催化活性, 且可通过简单的过滤分离出该催化剂, 重复使用 4 次其活性无明显降低.关键词: 铜; 蒙脱土; N-芳基化反应; 芳基卤; 多相催化剂中图分类号: O643文献标识码: A收稿日期: 2012-08-20. 接受日期: 2012-09-17.a通讯联系人. 电话: (0817)2568081; 电子信箱: cwnuzhoulimei@b通讯联系人. 电话: (0817)2568081; 电子信箱: jxh2314508@基金来源: 四川省化学合成与污染控制重点实验室开放项目 (CSPC2010-3); 四川省教育厅重点项目 (11ZA035); 西华师范大学博士启动项目 (10B007).本文的英文电子版(国际版)由Elsevier出版社在ScienceDirect上出版(/science/journal/18722067).Montmorillonite-Supported Copper(I) for Catalyzing N-Arylation ofNitrogen HeterocyclesQI Xiaolong1, ZHOU Limei1,a, JIANG Xiaohui1,b, FAN Hongwei1, FU Haiyan2, CHEN Hua2 1Chemical Synthesis and Pollution Control Key Laboratory of Sichuan Province, China West Normal University,Nanchong 637002, Sichuan, China2Institute of Homogeneous Catalysis, College of Chemistry, Sichuan University, Chengdu 610064, Sichuan, ChinaAbstract: Montmorillonite-supported copper (I) catalyst has been prepared by a simple ion exchange method. The resulting catalyst was characterized by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy, and energy dispersive X-ray spectrome-try, with results showing that Cu+ had been successfully intercalated into the interlayer of Montmorillonite. The catalyst showed high levels of activity towards the N-arylation of nitrogen heterocycles with aryl chlorides or bromides. Furthermore, the catalyst could be reused up to four times without any significant loss in activity.Key words: copper; montmorillonite; N-arylation reaction; aryl halides; heterogeneous catalystReceived 20 August 2012. Accepted 17 September 2012.a Corresponding author. Tel: +86-817-2568081; E-mail: cwnuzhoulimei@ b Corresponding author. Tel: +86-817-2568081; E-mail: jxh2314508@This word was supported by the Open Project of Chemical Synthesis and Pollution Control Key Laboratory of Sichuan Province (CSPC2010-3), the Educational Department of Sichuan Province (11ZA035), and the Doctoral Initiating Project of China West Normal Uni-versity (10B007).English edition available online at Elsevier ScienceDirect (/science/journal/18722067).N-Arylheterocycles represent an attractive class of chemicals that are widely used in the preparation of agro-chemicals, pharmaceuticals, and N-heterocyclic carbenes [1,2]. Traditionally, N-arylheterocycles have been predomi-1878 催化学报Chin. J. Catal., 2012, 33: 1877–1882nantly prepared using the Ullmann cross-coupling reaction [3−7]. These reactions, however, are greatly limited by their requirement for harsh conditions (>200 °C) and the use of a stoichiometric amount of copper. During the course of the last two decades, significant progress has been made to-wards the development of C−N coupling reactions using homogeneous catalysts [8−10]. Unfortunately, however, the industrial application of these processes still remains chal-lenging because of difficulties associated with the recovery of the homogeneous catalysts from the reaction medium, which can lead to the loss of the catalyst, as well as heavy metal contamination of the reaction product. Furthermore, the majority of the ligands required of these processes are expensive. These disadvantages can be overcome by an-choring the metal catalyst onto a suitable support that would allow for the catalyst to be easily separated and recycled with minimal contamination of the product with metal. Sev-eral different solid supports have recently been reported with copper anchored to their surfaces, including fluorapa-tite [11], SiO2 [12], hydrotalcite [13], NaY zeolite [14], cel-lulose [15], cation-exchanger resin [16], and a several other polymers [17−19]. These studies confirmed that the an-choring of a metal to a solid support not only provided a material that exhibited improved catalyst activity, stability, and selectivity but they also demonstrated that the catalysts themselves could be easily recovered and reused. Montmorillonite (MMT) is a type of naturally occurring clay that can be structurally defined as layers of negatively charged two-dimensional silicate sheets. A variety of dif-ferent metal ions can be introduced into the narrow inter-layers by simple ion exchange methods [20]. Recently, Borah et al. [21] prepared Cu nanoparticles in the nanopores of modified MMT and investigated the catalytic activity of the material in a series of 1,3-dipolar cycloaddition reac-tions between azides and terminal alkynes in the synthesis of 1,2,3-triazoles [21].In the current study, Cu+ was introduced into the inter-layer of MMT by a simple ion exchange method. The re-sulting catalyst was used in an Ullmann cross-coupling re-action for the N-arylation of nitrogen heterocycles with aryl chlorides or bromides. This catalyst showed high levels of activity in this reaction and could be reused up to four times.1 Experimental1.1 Preparation of catalystCuI (0.213 mmol) and MMT (0.5 g) were added to an oven-dried round-bottomed flask (50 ml) under an atmos-phere of cooled nitrogen. The round-bottomed flask was then sealed with a septum and purged by three cycles of evacuation and back-filling with pure and dry nitrogen. De-ionized water (15 ml) was then added to the flask through a syringe and the resulting mixture was magnetic stirred at 50 °C for 24 h. The mixture was then cooled to ambient tem-perature and filtered. The resulting filter-cake was washed thoroughly with deionized water before being collected and dried in a vacuum oven at 60 °C for 12 h to give the desired product, which was ground into powder and subsequently denoted as Cu+-MMT. The amount of Cu+ present in the Cu+-MMT catalyst was 2.7% according to the formula (c(%) = m Cu/(m support + m Cu) × 100%). The MMT supported Cu2+ catalyst (Cu2+-MMT) was prepared according to a similar procedure.The MMT supported Cu0 catalyst (Cu0-MMT) was pre-pared according to the following procedure: CuCl2 (0.213 mmol), MMT (0.5 g), and deionized water (15 ml) were added to a round-bottomed flask (50 ml) and the resulting mixture was heated with magnetic stirring at 50 °C for 24 h. The mixture was then cooled to ambient temperature and then 5.0 ml NaBH4 solution (n(NaBH4):n(Cu)= 10:1) was added dropwise into the aforementioned mixture within 2 h. The resulting mixture was then filtrated and the filter-cake was washed thoroughly with deionized water before being collected and dried in a vacuum oven at 60 °C for 12 h to give the desired product which was then ground into powder and subsequently denoted as Cu0-MMT.1.2 Characterization of the Cu+-MMT catalystThe Cu+-MMT catalyst was characterized by scanning electron microscopy (SEM, AJEOL JSM-6510LV, Japan), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, Kratos XSAM-800, UK) and X-ray diffraction (XRD, D/MAX Ultima IV, Ja-pan).1.3 General procedure for the N-arylation of nitrogen heterocycles with aryl halidesIn a typical experiment, a nitrogen-containing heterocycle, catalyst and base were added to an oven dried tube under nitrogen. The tube was then sealed with a septum and purged with nitrogen by three cycles of evacuation and back-filling with pure and dry nitrogen. Then solvent and aryl halide were then added to the reaction tube through a syringe and the tube was sealed and heated to the desired temperature with stirring under nitrogen. Upon completion of the reaction (reaction monitored by TLC), the mixture was centrifuged to remove the solid catalyst. The reaction mixture was then diluted with water and extracted three times with ethyl acetate. The combined organic extracts were dried with anhydrous Na2SO4 before being distilled to dryness. The resulting crude residue was purified by column 綦晓龙等:蒙脱土负载 Cu+催化含氮杂环化合物的N-芳基化反应 1879chromatography on silica gel to afford the product with highpurity.2 Results and discussion2.1 Characterization of the Cu+-MMT catalystThe morphologies of the Cu+-MMT catalyst and MMTsupport were investigated with an SEM equipped with anenergy dispersive X-ray spectrometer (EDS). The resultsshowed that there were not many morphologic differencesobserved between the Cu+-MMT and MMT materials (Fig.1(a) and (b)). The EDS analyses confirmed that the copperhad been successfully loaded onto the MMT surface (Fig.1(c) and (d)).The catalyst was also characterized by XRD. Based on the results of the XRD analysis (Fig. 2), the basal spacing of MMT was determined to be 1.55 nm, whereas the spacing in the Cu+-MMT material was reduced to 1.47 nm. The main cations in the MMT interlayer were Na+ and Ca2+. Exchanging of the interlayer Na+ and Ca2+ in MMT with Cu+ led to reduction in the interlayer space because the ionic radius of Cu+ is smaller than those of Na+ and Ca2+. A simi-lar result to this has also been reported in the literature [22]. It is noteworthy that there were characteristic copper peaks at 42.4°, 50.1°, and 77.2° in the pattern of Cu+-MMT [21]. In light of these data, it appeared that the Cu+ had been suc-cessfully intercalated into the MMT interlayer by the ionic exchange method.The XPS spectrum of the Cu+-MMT catalyst is shown in Fig. 3(a). The Cu 2p3/2 peak at 932.8 eV was assigned to Cu+ [23]. Furthermore, the Cu 2p3/2 peak at 934.7 eV sug-gested the presence of a Cu2+ component, which probably resulted from the oxidation of the Cu+ upon exposure to air. The ratio of Cu+/Cu2+ was around 0.59. We also investigated the XPS spectrum of Cu2+-MMT and Cu0-MMT catalysts (Fig. 3(b) and (c), respectively). As seen in Fig. 3(b), the XPS spectrum displayed a single Cu 2p3/2 peak at 935.0 eV, which was assigned to Cu2+. In view of the close proximity of the binding energies of Cu0 and Cu+ [21], the Cu 2p3/2 peak at 932.3 eV was attributed to Cu0 (Fig. 3(c)). The Cu 2p3/2 peak at 934.6 eV suggested the presence of a Cu2+ component in the Cu0-MMT catalyst (Fig. 3(c)).2.2 Catalytic results for N-arylation of nitrogenheterocycles with aryl halides(a)(b)02468101214160246810121416CountsEnergy (keV)OSiAl(c)CountsEnergy (keV)CuSiAlCuO(d)Fig. 1. SEM images and EDS analyses of the MMT support (a, c) and Cu+-MMT catalyst (b, d).10203040506070802θ/( o )Cu+/MMTMMTIntensity1.47 nm1.55 nm(111)(200)(220)Fig. 2. XRD patterns of MMT and Cu+-MMT.1880 催 化 学 报 Chin . J . Catal ., 2012, 33: 1877–1882A series of experiments were initially conducted using imidazole and bromobenzene as model substrates to evalu-ate and optimize the most efficient catalytic system (Table 1). We observed that without a copper source, the MMT support provided only a poor level of conversion in the re-action (Table 1, entry 1). In a separate control experiment, we established that unsupported CuI effectively promoted the model reaction, but required relatively large amounts of CuI (Table 1, entry 2). In contrast, we were pleased to find that Cu +-MMT effectively promoted the model reaction (87.6%, Table 1, entry 12). We also investigated the effect of the valence state of the copper on the outcome of the model reaction. Of the Cu 2+-MMT, Cu +-MMT, and Cu 0-MMT catalysts, Cu +-MMT provided the best yield (Ta-ble 1, entries 3−5). Several different bases were also tested in the model reaction, with KOH providing the best results (Table 1, entries 5−7). The evaluation of several different solvents revealed that CH 3CN and DMF were less effective than DMSO (Table 1, entries 7−9). The effect of reaction temperature on the catalytic activity of the Cu +-MMT cata-lyst was also investigated (Table 1, entries 10–13). From these data, it was clear that an increase in the reaction tem-perature promoted the model reaction. When the tempera-ture was increased from 80 to 110 °C, the yield was signifi-cantly increased from 26.4% to 87.5%. Increases in the temperature beyond 120 °C, however, provided no further increase in the yield and the optimal reaction temperature was therefore determined to be 110 °C. The reaction time was also established to be an important factor, as demon-strated by a comparison of entries 17 and 18 with 12 (Table970960950940930920970960950940930920970960950940930920I n t e n s i t yBinding energy (eV)(a)932.8934.7I n t e n s i t yBinding energy (eV)(b)935.0Binding energy (eV )I n t e n s i t y932.3934.6(c)Fig. 3. XPS spectra of the catalysts. (a) Cu +/MMT; (b) Cu 2+/MMT; (c) Cu 0/MMT.Table 1 Screening reaction conditions for the N -arylation of imidazole with bromobenzeneHEntry Catalyst Cu (%) Solvent Base Time (h) Temperature (°C) Isolated yield (%)1 MMT — DMSO KOH 24 110 8.32 CuI 2.5 DMSO KOH 2411056.13 Cu 2+-MMT 0.8 DMSO K 2CO 3 24 100 31.5 4 Cu 0-MMT 0.8 DMSO K 2CO 3 24100 45.5 5 Cu +-MMT 0.8 DMSO K 2CO 3 24 100 51.3 6 Cu +-MMT 0.8 DMSO Cs 2CO 3 24100 50.6 7 Cu +-MMT 0.8 DMSO KOH 24 100 82.2 8 Cu +-MMT 0.8 CH 3CN KOH 24100 8.8 9 Cu +-MMT 0.8 DMF KOH 24 100 70.0 10 Cu +-MMT 0.8 DMSO KOH 2480 26.4 11 Cu +-MMT 0.8 DMSO KOH 24 90 40.1 12 Cu +-MMT 0.8 DMSO KOH 24110 87.6 13 Cu +-MMT 0.8 DMSO KOH 24 120 85.3 14 Cu +-MMT 0.4 DMSO KOH 24110 84.0 15 Cu +-MMT 0.2 DMSO KOH 24 110 83.1 16 Cu +-MMT 0.1 DMSO KOH 24110 30.9 17 Cu +-MMT 0.8 DMSO KOH 12 110 78.6 18 Cu +-MMT 0.8 DMSO KOH 1811080.0Reaction conditions: bromobenzene (1.0 mmol), imidazole (1.2 mmol), base (2.0 mmol), and solvent (2 ml) under N 2 atmosphere.綦晓龙 等:蒙脱土负载 Cu +催化含氮杂环化合物的 N -芳基化反应 18811). Finally, we investigated the effect of the amount of cop-per on this reaction (Table 1, entries 12, 14−16). When the amount of copper was decreased from 0.8 mol% to 0.2 mol%, there was no discernible impact on the yield. Taken together, these data indicated that the optimum conditions were as follows: Cu +-MMT catalyst (0.2 mol%), KOH as base (2.0 equiv.), and DMSO as solvent at 110 °C under an atmosphere of nitrogen.With the optimized reaction conditions in hand, we pro-ceeded to investigate the reaction scope of this Cu +-MMT catalytic system and its functional group tolerance for the reaction of functionalized aryl halides with imidazole (Table 2).From Table 2, it is clear that the activity of the aryl hal-ides in this reaction followed the trend of iodobenzene > bromobenzene > chlorobenzene (Table 2, entries 1, 2, and 6). Furthermore, the electron-deficient aryl halides afforded the corresponding N-aryl imidazole products in better yields than the electron-rich aryl halides (Table 2, entries 3–5). Steric hindrance also had an impact on the outcome of the reaction, with ortho - and meta -substituted substituents hav-ing an adverse effect on the yield of the reaction (Table 2, entries 7, 8, and 9). Interestingly, however, the adverse im-pact of the steric hindrance could be overcome by increas-ing the temperature of the reaction from 110 to 120 °C (Ta-ble 2, entries 7 and 8). In another interesting observation, only one of the chloride moieties in 1,4-dichlorobenzene was observed participate in the coupling reaction (Table 2, entry 10). This observation was attributed to the elec-tron-donating properties of the 4-chloroimidazolylbenzene product relative to the starting material, suggesting that the reaction preferred electron deficient substrate. Similar re-sults to this have also been reported in the literature [24]. Remarkably, the chlorobenzene tested gave particularly encouraging results, with the corresponding coupling prod-uct being isolated in 71.0% yield (Table 2, entry 6).To further demonstrate the utility of the Cu +-MMT cata-lyst in the N-arylation reaction of imidazole and chloroben-zene, the catalyst was compared with several other reported heterogeneous catalysts [11, 13, 15, 16, 25] (Table 3). From Table 3, it is clear that the current catalytic system exhibited higher yields compared with the other reported systems and also required a smaller charge of copper.To further evaluate the scope of the catalytic system, the N -arylation of bromobenzene was investigated with a vari-ety of different nitrogen-containing-heterocycles (Table 4). From the results, it is clear that benzimidazole and pyrrole were successfully coupled with bromobenzene to give the corresponding N-arylated products in satisfying yields (Ta-ble 4, entries 1 and 2). It is noteworthy that the sterically hindered 2-methylimidazole gave a yield of 72.4% (Table 4, entry 3). Taken together, these results provide a good dem-Table 2 Cu +-MMT catalyzed N -arylation of imidazole with differen-tially substituted aryl halidesX = I, Br, ClEntry ArX Product Isolated yield (%)1INN92.32BrNN87.63BrO 2NNNO 2N90.14Br3CF 3NNCF 3CF 395.15BrH 3CONNH 3CO45.0 6ClNN71.0a7ClNO 2NN243.1, 71.3b 8ClO 2NNNO 2N74.5,80.1b 9ClO 2NNNO 2N87.110ClClNNCl62.1cReaction conditions: aryl halides (1.0 mmol), imidazole (1.2 mmol), Cu +-MMT (0.2 mol%), KOH (2.0 mmol), and DMSO (2 ml) under a N 2 atmosphere at 110 °C for 24 h; a 130 °C, Cu +-MMT (0.4 mol%), 48 h; b 120 °C; c 130 °C.Table 3 Comparison of several different heterogeneous copper catalysts in the N -arylation reaction of imidazole and chlorobenzeneEntryCatalystReaction conditionsIsolated yield (%)Reference 1 Cu-FAP 7.3 mol% Cu, 120 °C, DMF, 36 h 60 [11] 2 Cu-Al-HTB 2.5 mol% Cu, 100 °C, DMF, 18 h n.r. [13] 3 Cellulose-Cu(0) 1.84 mol% Cu, 130 °C, DMSO, 48 h 20 [15] 4 Cu-indion-770 resin10 mol% Cu, 125 °C, DMSO, 48 h <8 [16] 5 Cu 0-nitrogen-rich copolymeric microsheets 10 mol% Cu, 120 °C, DMSO 67.7 [25] 6 Cu +-MMT 0.4 mol% Cu, 130 °C, DMSO, 48 h71.0this study1882 催 化 学 报 Chin . J . Catal ., 2012, 33: 1877–1882onstration of the versatility of the current catalytic system. A series of experiments were also conducted to evalua-tion the recyclability of the catalyst. The results have been presented in Fig. 4. The catalyst was recovered by centrifu-gation and reused up to four times without significant loss of activity.3 ConclusionsIn summary, we have developed a simple, highly efficient, and inexpensive protocol for the N-arylation of a variety of different nitrogen-containing-heterocycles with aryl chlo-rides or bromides in DMSO with a cheap base using a novel Montmorillonite-supported copper (I) catalyst. Remarkably, this catalyst effectively catalyzed the N-arylation of imida-zole with the relatively inactive chlorobenzene to give the desired product in good yield. In addition, the catalyst canbe easily recovered and reused. We believe this catalytic system could find potential industrial applications once it has been adapted for large scale manufacture, where it could provide significant economic benefits by minimizing proc-essing times and improving overall product quality and throughput.References1 Kison C, Opatz T. Chem Eur J , 2009, 15: 8432 Kantam M L, Yadav J, Laha S, Sreedhar B, Jha S. Adv Synth Catal , 2007, 349: 19383 Evano G , Blanchard N, Toumi M. Chem Rev , 2008, 108: 3054 4 Monnier F, Taillefer M. Angew Chem , Int Ed , 2008, 47: 30965 Ma D, Cai Q. Acc Chem Res , 2008, 41: 14506 Lindley J. Tetrahedron , 1984, 40: 14337 Kunz K, Scholz U, Ganzer D. Synlett , 2003: 24288 Klapars A, Antilla J C, Huang X, Buchwald S L. 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Angew Chem , Int Ed , 2007, 46: 322821 Borah B J, Dutta D, Saikia P P, Barua N C, Dutta D K. GreenChem , 2011, 13: 345322 Holesova S, Kulhankova L, Martynkova G S, Kukutschova J,Capkova P. J Mol Struct , 2009, 923: 8523 Shuai M, Liao L, Lu H B, Zhang L, Li J C, Fu D J. J Phys D ,2008, 41: 135010/124 Son S U, Park I K, Park J, Hyeon T. Chem Commun , 2004:77825 Huang Z, Li F, Chen B, Xue F, Chen G , Yuan G . Appl Catal A ,2011, 403: 104Table 4 Cu +-MMT catalyzed N -arylation of heterocycles with bro-mobenzene2NHN53.03NHNCH 3NN CH 372.4Reaction conditions: bromobenzene (1.0 mmol), azoles (1.2 mmol), Cu +-MMT (0.2 mol%), KOH (2.0 mmol), and DMSO (2 ml) at 110 °C under N 2 atmosphere for 24 h.123420406080100I s o l a t e d y i e l d (%)Recycling numberFig. 4. Recyclability studies of the Cu +-MMT catalyst for N -arylation of imidazole with bromobenzene. Reaction conditions:bromobenzene (3.0 mmol), azoles (3.6 mmol), Cu +-MMT (0.2 mol%), KOH (6.0 mmol), and DMSO (6 ml) under an N 2 atmosphere for 24 h.。
重氮化以及重氮基的转化反应 ppt课件
ArNH2 2HX NaNO2
R—NH2 + NaNO2 + 2HX
ArN2+X- NaX 2H2O
R—N2+X—+ NaX + H2O
HX＝HCl、HBr、浓H2SO4、稀H2SO4 、HNO3 等
ppt课件 3
注
脂肪族伯胺类与亚硝酸作用生成的重氮盐极不稳定， 易分解放出氨气，形成碳正离子，发生亲核取代反 应，生成伯醇，还可以发生重拍与加成副反应生成 仲醇、卤代烷和烯烃化合物，由于产品很复杂，在 有机合成中脂肪族重氮化合物反映之际意义不大， 没有实用价值。
ppt课件 15
弱碱性胺
特点：（1）有两个或两个以上强吸电基； （2）不溶于稀酸而溶于浓酸。 方法： 反式重氮化。
NH2 NO2 Cl NO2 NH2 NO2 NO2 H3CO S N
NH2
反式重氮化即等分子量的芳胺和亚硝酸钠混合后，加 入到盐酸（硫酸）和冰的混合物中，进行重氮化。
ppt课件 16
无机酸的作用：
1、使芳胺溶解 2、亚硝酸钠生成亚硝酸 3、维持反应介质强酸性 ，使芳胺作用生成重氮盐
无机酸的用量：
酸要过量
理论量：n(HX):n(ArNH2)=2:1 实际比: n(HX):n(ArNH2)=2.5～4 : 1
ppt课件
11
反应温度
反应一般在０－５℃进行，这是因为大部分重氮盐在低温下 较稳定，在较高温度下重氮盐分解速度增加。另外，亚硝酸 在较高温度下也容易分解，重氮化反应温度常取决于重氮盐 的稳定性。
氨基磺酸或氨基羧酸
特点：（1）易形成内盐，在酸性介质下不溶； （2）可以溶于碱。 方法：碱溶酸析；正法重氮化、反法重氮化
NH2 H2N SO3H SO3H
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D
10
KOH
39c
a 反应条件: 碘苯(1.0 mmol), 吡唑(1.2 mmol), 铜盐(0.1 mmol), 配体(0.2 mmol), 碱(2.0 mmol), 水(2.0 mL), N2, 100 ℃, 24 h; b 分离产率; c 空气中.
1430
/
2 结论
本文发展了一种在安全、无毒的水介质中, 使用廉 价的 Cu2O, 结构简单易得的 8-羟基喹啉配体, 添加少量 相转移催化剂(n-Bu4NBr)催化含氮杂环化合物的 N-芳 基化反应. 该催化体系条件温和, 副反应少, 产物的后 处理方便; 避免了使用有机溶剂造成环境污染和对人体 的伤害.
I + HN N
Chin. J. Org. Chem. 2012, 32, 1429～1433
© 2012 Chinese Chemical Society & SIOC, CAS
/
1429
有机化学
研究论文
羟基喹啉为配体, n-Bu4NBr 为相转移催化剂, 100 ℃下 实现含氮杂环化合物的 N-芳基化反应, 获得了满意的 结果.
Abstract A simple, efficient, inexpensive and powerful method for the C—N coupling of nitrogen-containing heterocycles with aryl halides was developed by using cheap Cu2O as catalyst, inexpensive and readily available 8-hydroxyquinoline as ligand, n-Bu4NBr as phase transfer catalyst, water as solvent at 100 ℃. Most products were synthesized in good to excellent yields. Keywords copper-catalyst; nitrogen-containing heterocycles; N-arylation; aqueous media
1a
2a
cat., ligand, base n-Bu4NBr, H2O, 24 h
N
N 3a
3 实验部分
3.1 仪器与试剂
H2N NH2 A
OO B
O OH O
HO OH OH C
图 1 模板反应 Figure 1 Model reaction
N
OH D
核磁共振仪: Bruker AM 300, 以 TMS 为内标, 氘代 氯仿为溶剂; 熔点仪用 WRS-2A, 温度未校正; Elementar Vario ELII 型元素分析仪. 所用的药品和试剂均为市 售的分析纯或化学纯, 除特别说明外, 未经进一步处理.
芳香 C—N 键构建是有机化学重要的研究领域之 一, 含 N-芳基化结构的化合物广泛存在于生物化学、药 物化学以及材料科学等领域[1]. 比如, 含氮杂环化合物 具有抗过敏、抑制 COX-2 等生物活性, 也是具有生物活 性化合物合成的重要中间体[2]. 早期构建 C—N 键的 Ullmann 反应具有反应温度高、需要过量的铜试剂、反 应时间长、官能团容忍性差、污染严重等缺点, 限制了 反应的应用范围. 后来, Buchwald 小组[3]和马大为小 组[4]分别报道了以邻菲咯啉类、邻二胺类和氨基酸类化 合物为配体, 较低温度下很好地实现了铜催化含氮杂环 化合物的 N-芳基化, Ullmann 偶联反应进入了配位催化 的时代. 随着各种新配体的不断开发, 催化效果越来越 好, 但是这些过程大都使用 DMF, DMSO 等有机溶剂为 反应介质, 而有机溶剂具有毒性、挥发性、难以回收等 缺点, 容易造成环境污染和对人体的伤害. 从绿色化学 的角度, 需要探索使用对环境友好的反应介质, 而水是 最经济环保的溶剂. 然而, 在水相中合成有机分子面临
1 结果与讨论
1.1 反应条件的优化
我们尝试使用 1 mmol 碘苯与 1.2 mmol 吡唑的反应 作为模板反应(如图 1 所示), N2 气氛下, 100 ℃下搅拌 24 h, 在水相中探索催化剂、配体、助剂和碱对反应的影响, 按照第 3.2 节所述的实验方法, 反应条件优化结果见表 1. 在不加配体和无相转移催化剂时反应不能发生(Entry 1); 没有相转移试剂, 只加配体 D 时反应也不能发生 (Entry 2); 无配体加相转移催化剂 n-Bu4NBr 时产物收率 只有 11% (Entry 3). 在相转移催化剂存在下所选用的 4 种结构简单价廉的配体中(Entries 4～7), 8-羟基喹啉的 催化效果最好(90%); 对常用的无机碱 KOH (Entry 7), K3PO4 (Entry 8)和 K2CO3 (Entry 9)的考察实验, 结果显 示使用 KOH 产率最好; 各种铜盐(Entries 7, 10～15)的 筛选实验结果表明 Cu2O 的催化效果最好.
1.2 氮杂环化合物与卤代芳烃的偶联反应
模板反应的条件筛选得到的优化条件是: 卤代芳烃 1 (1.0 mmol), 氮杂环化合物 2 (1.2 mmol), Cu2O (5 mol %), KOH (2.0 mmol), n-Bu4NBr (10 mol%), 配体 8-羟基 喹啉(20 mol%), N2 氛围下, 在 2 mL 水中 100 ℃反应 24 h. 为了探索该催化体系的适用范围, 我们选择了一系 列的卤代芳烃与各种含氮杂环化合物进行反应, 得到的 结果见表 2. 从表 2 可以看出: 碘代芳烃均可较高产率 的得到产物; 而用溴苯代替碘苯在目前的反应条件下, 只发现痕量的偶联产物(Entry 15), 用含有吸电子基的 溴代芳烃时可以中等产率的得到目标产物(Entry 16).
* E-mail: hanshiqing@ Received May 16, 2012; revised June 7, 2012; published online June 20, 2012. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 20942006, 21072095). 国家自然科学基金(Nos. 20942006, 21072095)资助项目.
X + Het-NH
Cu2O/L, KOH
R
2
n-Bu4NBr, H2O, N2, 100 ℃ R
X = Br, I
1 L=
N
OH
N-Het 3
Entry
Compd. 1
Compd. 2
Product 3
I
HN
1
N
1a
2a
N 3a N
ARTICLE
Yieldb/% 90
MeO
I
HN
2
N
MeO
N
N
83
N
75
1c
2c H
3k
Chin. J. Org. Chem. 2012, 32, 1429～1433
© 2012 Chinese Chemical Society & SIOC, CAS
/
1431
有机化学
Entry 12 13 14 15 16
Compd. 1
Base
Yieldb/%
1
Cu2O (5)
—
—
KOH
0
2
Cu2O (5)
D
—
KOH
0
3
Cu2O (5)
—
10
KOH
11
4
Cu2O (5)
A
10
KOH
18
5
Cu2O (5)
B
10
KOH
60
6
Cu2O (5)
C
10
KOH
48
7
Cu2O (5)
D
10
KOH
90
8
Cu2O (5)
D
10
K3PO4
46
9
Cu2O (5)
I 1e
I 1a
O2N
I
1f
Br 1g
O Br
1h
Compd. 2
N N 2c H
N H 2d
N H 2d
HN N
2b
HN N
2b
Product 3
NN
3l N
有 机 化 学 DOI: 10.6023/cjoc201205018
Chinese Journal of Organic Chemistry
研究论文
ARTICLE
水相中铜催化含氮杂环化合物的 N-芳基化反应
张敬先 殷慧清 韩世清*
(南京工业大学生物与制药工程学院 南京 211816)
摘要 在水相中建立了一种简单实用、经济环保的实现含氮杂环化合物 N-芳基化反应的催化体系. 实验发现以廉价的 Cu2O 为催化剂, 价廉、易获得的 8-羟基喹啉为配体, n-Bu4NBr 为相转移催化剂, 在水相中 100 ℃下含氮杂环化合物与 卤代芳烃顺利反应生成 C—N 偶联产物, 得到中等及优良的产率. 关键词 铜催化; 氮杂环化合物; N-芳基化; 水相
Copper-Catalyzed N-Arylations of Nitrogen-Containing Heterocycles in Water
Zhang, Jingxian Yin, Huiqing Han, Shiqing*
(College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 211816)