Suzuki偶联反应的最新研究进展

以上具有高催化活性的配体, 如配体 2, 4, 6, 8 等, 它 们具有的共性就是电负性较强和空间位阻大. 这是因为电负 性较强的配体是有利于氧化加成反应; 空间位阻大的配体有 利于还原消除, 因此, 理想的配体应该具有电负性强和空间 位阻大这两个基本特征, 但同时也应该是经济可行.
Tiffin 等[ 23] 用 Pd/ C 催化手性的 4 溴扁桃体酸与芳基硼 酸的 Suzuki 偶联反应( Eq. 4) , 通过手性 HPLC 分析发现产物 没有发生消旋化.
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多相催化体系的 Suzuki 偶联反应
Suzuki 偶联反应是 以昂贵的金 属钯的络合 物作为催化
剂, 在均相催化反应中, 催化剂难以回收和重复使用. 此外, 在高的反应温度下, 可溶性的金属络合物常常因为生成无活 性的金属粒子而失去活性, 而多相催化体系则可以克服均相 催化体系以上的缺陷. Buchecker 等[ 19] 报道了 Pd/ C 催化氯代芳 烃的 Suzuki 偶 联反应, 用 H2O/ EtOH 作为溶剂, 结果只有 6% 的收率. Sowa 等[ 20] 以 4 氯苯基三氟甲烷和苯基硼酸为底物重新研究这个 反应时发现: 原料 4 氯苯基三氟甲烷已反应完全, 交叉偶联 产物的产率仅为 11% , 其余的为均偶联产物. 这个结果使他 们意识到 Pd/ C 催化剂是足以活化氯代芳烃的, 通过选择溶 剂 DMA∀H2O ( 20∀1 体积比) , 交叉偶联反应产物收率达到了 95% ( Eq. 2) . Pd/ C 催化的 Suzuki 偶联反应在此条件下对带 有吸电子基的氯苯衍生物取得了好的收率, 但对带给电子基 的氯苯衍生物效果不是很理想. Shimizu 等[ 24] 通过离子交 换法, 将金属钯( Pd2+ ) 负载于 海泡石( sepiolite) 上催化溴代芳烃的 Suzuki 偶联反应取得了 较为理想的 结果. Kabaika 等[ 25] 以金属钯粉 作为催化 剂, KF 为碱性介质, 在甲醇中催化碘代芳烃与芳基硼酸的偶联反应 ( Eq. 5) . 在相同条件下, 也可以催化溴代芳烃与芳基硼酸的 偶联反应, 但催化氯代芳烃的偶联反应的活性不高. 催化剂 通过简单的倾析处理就可以回收和循环使用, 在制备 4 甲基 联苯时, 催化剂重复使用了 8 次而活性并没有明显的下降.
Bedfold 等[ 18] 合成了在空气和水中能稳定存在的钯的二 聚络合物 33, 无论催化带有吸电子基的, 还是催化带有给电 子基的溴代芳烃的 Suzuki 偶联反应均表 现出特别高的催化 活性, 在某些例子中, 其 TON 高达 1 0 ! 106.
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有机化学
Vol. 24, 2004
( 中国科学院兰州化学物理研究所
羰基合成与选择氧化国家重点实验室
Suzuki 偶联反应是合成联芳烃化 合物的最有效方法之一 , 近几年来一直是催 化化学和有 机化学的 研究热点 . 综述了 Suzuku 偶联反应 , aryl aryl 键 , 配体 , 应用
最近几年来 Suzuki 偶联反应及其在有机合成中的应用研究进展 .
Scheme 1
E mail : cgxia@ ns. lzb. ac. cn; Tel: 0931 4968089; Fax: 0931 8277088. R eceived September 4, 2003; revised February 17, 2004; accepeted April 20, 2004. 国家自然科学基金重点 ( No. 29933050) 资助项目 .
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有机化学
Vol. 24, 2004
Aliprrantis 和 Canary[ 2] 已在实 验中 验证了 这个循 环过 程. 他们通过电雾化离子质谱( ESI MS) 观测到 3 溴吡啶与苯 基硼酸的 Suzuki 偶联反应中( Eq. 1) 的碎片离子 ( [ ( Pyr) Pd ( PPh3) 2Br] + ) 和( [ ( Pyr) ( R1R2C6H3) Pd( PPh3) 2] + ) 的存在.
分子中 Aryl aryl 键的构建是现代有机合成最重要的手 段之一. 在许多的天然产物( 如生物碱) , 为数众多的具有生 物活性的药物分子和农药, 以及已商品化的染料中等都含有 联芳环结构单元; 聚芳烃由于其特殊的物理和电子特性, 已 被用作有机导体、 半导体和液晶材料; 此外, 具有阻转异构现 象的手性联芳环类化合物可用于不对称催化反应研究, 它们 在对映选择性反应中是一类非常重要的手性配体, 是过渡金 属催化的不对称反应中最重要的配体之一. 以过渡金属钯或镍催化的 Suzuki 偶联反应, 由于其对底 物的选择性较广、 反应条件温和、 副产物少且产物易于处理 等优点, 一直是合成 aryl aryl 键最有效的方法之一[ 1] . 当前, Suzuki 偶联反应的研 究主要在以 下 3 个方面: ( 1) 合成并筛 选能够在温和的 条件下高效 催化卤代芳 烃( 特别是 氯代芳 烃) 的配体; ( 2) 多相催化体系的 Suzuki 偶联反应研究; ( 3) 应 用于 Suzuki 偶联反应的新合成方法研究. 我们主要从以上 3 个方面对 Suzuki 偶联反应在近五年 的研究进展及其应用作一个综述.
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催化氯代芳烃的 Suzuki 偶联反应
氯代芳烃相对于溴代和碘代芳烃而言, 其原料易得, 价 格便宜, 是一种适合于大规模生产的理想原料. 但由于其活
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周少林等 : Suzuki 偶联反应的最新研究进展
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Capretta 等[ 9] 合成了 类金 刚烷式 配体 15, 16 和 17, 其 中, 配体 16 对芳环上带有吸电子基 和给电子基的氯代芳烃 均表现出了非常好 的催化活性 ( Yield: 70% ~ 96% , 70 , 24 h) . Hreemann 等[ 10] 通过咪唑盐配体与 Pd( 0) 原位络合生 成络合物 18~ 21 ( Scheme 2) . 由于卡宾是 强的 给电子基 团, 和钯络合应该将大大的增强其氧化能力, 但其中只有络 合物 19 在催化对氯甲苯与苯基硼酸的 Suzuki 偶联反应时效 果较好, 络合 物 18 基本上 没有催化能 力( 80 , 2 h, Yield 0% ) . 他们认为出现这种现象可能的原因或者与络合物的稳 定性有关, 或者是因为 1, 3, 5 三甲苯基造成对金属中心空间 拥塞, 从而失去了催化活性.
性低, 难以被活化, 因此, 合成并筛 选高效能 的配体 是当前 Suzuki 偶联反应研究的一个重大课题. Fu 等[ 5] 对 Price 和 Simpikins 合 成的只有 中等催 化效率 ( Table 1, Entry 1Biblioteka Baidu 的二茂铁衍生 物膦配体 1 进行改造, 在配 体 1 底部引入5个甲基, 增大其空间位阻, 经改造后的配体 2 催化活性明显提高, 催化活性低的、 或空间位阻大的氯代芳 烃的 Suzuki 偶联反应时产率很高( Yield: 82% ~ 95% ) ; 当它 们合成比配体 2 少一个三甲基硅基的配体 3 时, 催化剂的催 化活性急剧下降, 说明 TMS 对配体的催化活性贡献很大. 类 似的二茂铁膦配体 4~ 7, 如配体 4 和配体 6 对带有吸电子基
Abstract Suzuki coupling react ion is one of the most eff icient methods for the construction of aryl aryl bonds and also a highlight on catalyst and organic chemistry at present. In this paper, the recent progress of Suzuki coupling reaction and their applications is reviewed. Keywords Suzuki coupling, aryl aryl bond, ligand, application
1
卤代芳烃 Suzuki 偶联反应的最新研究进展
Suzuki 偶联反应的催化循环过程( Scheme 1) 通常认为先 是 Pd( 0) 与卤代芳烃发生氧化- 加成反应生成 Pd( II) 的络合 物 I, 然后发生金属转移反应生成 Pd( II) 的络合物 II, 最后进 行还原- 消除而生成产物和 Pd( 0) .
1. 2
催化其它卤代芳烃的 Suzuki 偶联反应
催化溴代芳烃和碘代芳烃与芳基硼 酸的 Suzuki 偶联反
应常使用的配体如 PPh3 , PCy3 和 P( t Bu) 3 等就能取得好的 效果, 但由于这些配体对空气和水较敏感, 并且催化剂用量 较高( 1~ 10 mol% ) , 因此, 当前主要是筛选在空气和水中可 以稳定存在、 反应条件温和, 并且经济高效的配体. Santelli 等[ 15] 报道了一个四齿膦配体 30, 能高效的催化 空间位阻大的溴代芳烃、 溴代杂环芳烃以及带有吸电子基的 氯代芳烃的 Suzuki 偶联反应. 由于配体 30 的四个二苯基膦 基处于环戊烷的同一面, 因此增大了与钯的配位能力, 同时 也增强了配合物的稳定性. 配体 30 由于 其立体效应与电荷 因素达到了平衡, 在某些 Suzuki 偶联反应中, TON 高达 2 8 ! 107 . 将二氮杂 1, 3 丁二烯这一类具有强的 给电子效应和 接受电子效应的化合物用于 Suzuki 偶联反应, 从中筛选出 了配体 31, 通过优化反应条件, 在催化剂用量为 3 mol% 时, 催化各种取代溴代芳烃的 Suzuki 偶联反 应均取得了高的产 率[ 16] . Najera 等[ 17] 报道了配体 32 在催化 4 溴代苯酚与苯基 硼酸的 Suzuki 偶联反应时, 以水作溶剂, K2 CO3 为碱性介质,
但 Reetz[ 3] 和 Hyeon[ 4] 提出了他们不同的看法: 认为活性 部位可能是纳米级的金属钯胶体或空壳.
的氯代芳烃表现了很好的催化活性, 但对空间位阻较大或带 有给电子基的氯代芳烃只有中等的催化活性[ 6] . 一个大分子 的二茂铁膦配体 8 也被合成, 室温下催化带有吸电子基的氯 代芳 烃 的 Suzuki 偶 联 反 应 取 得 了 很好 的 结 果[ 7] . Verkade 等[ 8] 合成一系列具有非常 大空间位阻的双 环笼状配体 9~ 14, 筛选出具有高催化活性的配体 12.
2004 年第 24 卷 第 12 期 , 1501~ 1512
有机化学
Chinese Journal of Organic Chemistry
Vol. 24, 2004 N o. 12, 1501~ 1512
综述与进展
Suzuki 偶联反应的最新研究进展
周少林
摘要 关键词
徐利文
夏春谷
李经纬
李福伟
兰州 730000 )
Scheme 2
在催化剂用量为 0 76 mmol% 时, TON 达 1 25 ! 105, TOF 为 62500 h- 1.
在早些时候, Nolan 等[ 11] 报道了 咪唑盐 22 在反 应中原 位生成卡宾, 极大的提高了 Pd2( dba) 3 的催化活性.
以苯基为骨架的 P, O 双齿配体 23, 对带有吸电子基或 给电子基, 以及空间位阻大的氯苯衍生物均有极好的催化活 性[ 12] ( Yield 83% ~ 97% ) . Buchwald 等[ 13] 报道了两个易于制 得的膦配体 24 和 25, 其中配体 24 对位阻较大的氯苯衍生物 的催化活性优于配体 25. 以烯 丙基醚、 烯丙基 胺、 四甲基二 烯基二硅氧烷分别与 PdPCy3 反应生成的钯络合物 26~ 29, 催化氯代芳烃的 Suzuki 偶联反应取得了好的结果[ 14] .
Recent Progress of Suzuki Coupling Reaction
ZHOU, Shao Lin XU, Li Wen XIA, Chun Gu LI, Jing Wei LI, Fu Wei
( State Key Laboratory o f Oxo Sy nthesis and Selective Oxidation, Lanz hou I nstitute o f Chemical Physics, Chinese A cademy o f Sciences , Lanz hou 730000 )