09-钯催化反应汇总

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Suzuki交叉偶联反应
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Suzuki交叉偶联反应
六、应用(Application)
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Sonogashira交叉偶联反应
Sonogashira cross-coupling Reaction
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Sonogashira交叉偶联反应
一、背景(Background) 1975年的时候,K. Sonogashira及其合作者报道了在催化量的 Pd(PPh3)2Cl2和CuI作用下,由乙炔气体与芳基碘化物或溴乙烯 在温和的条件下合成对称的取代炔烃。同一年,R. F. Heck和 L. Cassar 的研究小组各自独立报道了类似的 Pd 催化过程,但 是他们不用Cu助催化剂,反应条件也剧烈得多。 端炔和芳基及乙烯基卤化物之间用Cu-Pd催化交叉偶联形成烯 炔 (enyne) 的反应就称为 Sonogashira 交叉偶联反应,它也可以 看作是Castro-Stephens偶联反应的催化版本。
Pd 催化有机硼化合物与有机氯化物或三氟甲磺酸酯 (triflate, OTf)之间的交叉偶联形成新的C-C键的反应就称为Suzuki交叉 偶联反应。
这是当前非常有效并且通用的C-C成键的合成方法。
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Suzuki交叉偶联反应
二、Suzuki交叉偶联反应的优点(advantages)
1、条件温和; 2、许多硼酸(boronic acid)化合物有售; 3、生成的无机副产物容易除去,反应适用于工业规模的工艺; 4、硼酸是环境安全的,相比有机锡化合物毒性极小; 5、底物能包容许多官能团,不怕水; 6、交叉偶联反应通常具有立体选择性和区域选择性; 7) sp3- 杂化 (hybridized) 烷基硼也能够用 B- 烷基的 Suzuki-Miyaura 20 交叉偶联反应实现。
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Kumada交叉偶联反应
二、Kumada交叉偶联反应的特点(续) 4 、使用配体 dppf 会一定程度上减慢 -H 消除,加速还原消除, 因此,可以使仲烷基格氏试剂在反应中不发生异构化;
5、氯代芳香化合物反应很顺利,即使是氟苯也能碱性Ni催化 的交叉偶联反应;
6、偶联反应具有立体选择性,起始的烯基卤代物的立体化学 保持;
有机合成反应
第九章 钯催化反应中的人名反应
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Kumada交叉偶联反应
Kumada cross-coupling reaction
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Kumada交叉偶联反应
一、背景(Background) 在 1970 年代,好大一部分的注意力集中在反应活性较差的烯 基和芳基卤化物的过渡金属催化的C-C成键反应上面。1972年, M. Kumada和R. J. P. Corriu各自独立的发现芳基或烯基卤化物 与格氏试剂在Ni-膦配合物存在下进行立体选择性的交叉偶联 反应。在接下来的几年时间里,Kumada探索了反应的适用性 和局限性。 后来,这个反应就命名为Kumada交叉偶联反应。 由于 Ni 催化剂只对格氏试剂有效,而排斥了用途极广的有机 锂试剂,因而,有开发了各种各样的Pd催化剂。
10、碱敏感的官能团不适合,因为格氏试剂和有机锂都是很强 的碱。但是有机锌(Negishi交叉偶联反应)可以。 6
Kumada交叉偶联反应
三、Kumada交叉偶联反应的改进 副反应不多,偶尔能分离到一些自偶联 (homo-coupling) 和还原 产物,但是用以下方法可以避免:
1、有机锂试剂要尽可能加得慢一点。加快了会对烯基溴代物锂 化,接着重排形成炔锂,从而导致收率降低;
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Sonogashira交叉偶联反应
二、Sonogashira交叉偶联反应的特点(续)
11、芳基和乙烯基卤代物能包容几乎所有的官能团。而底物炔如 果带有共轭的拉电子基团(R2=CO2Me)将得到Michael加成产物; 而 炔 丙 基 (propargylic) 型 的 底 物 带 有 拉 电 子 的 基 团 (R2=CH2CO2Me 或NH2)将重排成丙二烯(联烯,allenes); 12、由于反应底物可以带有很多的官能团,因此Sonogashira偶联 反应适合于全合成中的一些复杂的中间体。sp2-C的卤化物和 sp-C 金属衍生物之间的交叉偶联也在其他的反应中有广泛的 应用,比如,Negishi-, Stille-, Suzuki-, 和Kumada等的交叉偶联 反应。为了更好的调节官能团的因素, Negishi交叉偶联反应 可能是Sonogashira反应最好的另一种选择。
2、Pd(0)催化剂的纯度要好,才能保证好的活性; 3、不要加过量的试剂。
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Kumada交叉偶联反应
四、机理(Mechanism)
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Kumada交叉偶联反应
五、应用(Application)
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Stille交叉偶联反应
Stille交叉偶联反应
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Stille交叉偶联反应
一、背景(Background) 1976年, C. Eaborn等人报道了第一个钯催化的有机锡(organotin, organostannane) 化合物的反应。一年之后的 1977 年, M. Kosugi 和T. Migita报道了过渡金属催化的有机锡化合物与芳基卤代物及 酰卤之间的C-C键成键反应。1978年的时候,J. K. Stille应用有机 锡化合物合成酮,反应条件比Kosugi报道的条件温和得多,收率 也显著提高。在 20 世纪 80 年代早期, Stille 是应用这一方法的先 驱。
Stille交叉偶联反应
三、Stille交叉偶联反应的局限性 伴随Stille交叉偶联反应的主要副反应是有机锡试剂的氧化自偶 联,以及在较剧烈反应条件下,烯丙基和(Z)-烯烃基团部分 有可能发生双键的迁移和异构化。
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Stille交叉偶联反应
四、机理(mechanism) 尽管详细的机理仍存在一些争论 (debate),早在1979年,就用苄 基卤代物和芳基卤代物的 Stille 交叉偶联反应提出了催化循环 (catalytic cycle) 。 催 化 循 环 包 含 三 步 : 1) 氧 化 加 成 (oxidative addition) ; 2) 转金属化 (transmetallation) ; 3) 还原消除 (reductive elimination) 。有效的催化剂一般认为是原位生成的 14 电子的 Pd(0) 配合物。经常使用的是 Pd(0) 催化剂,比如, Pd(PPh3)4 和 Pd(dba)2 ,有加配体的也有不加配体的。然而, Pd(II) 配合物, 如 Pd(OAc)2 、 PdCl2(MeCN)2 、 (PdCl2(PPh3)2 、 BnPdCl(PPh3)2 等 也经常用作催化剂的前体(precursor),而实际上,起催化作用的 仍是Pd(0)物种,Pd(II)被有机锡化合物或者先加进去的配体还原 了。在催化循环中,转金属化是rds。有机锡试剂上的官能团对 转金属化的速度大致上:炔基> 乙烯基 > 芳基 > 烯丙基 ~ 苄基 >>烷基。因为烷基的迁移速度慢,因此可以用三丁基锡和三甲 15 基锡试剂。
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Sonogashira交叉偶联反应
二、Sonogashira交叉偶联反应的特点
1、交叉偶联反应在室温或稍高于室温的温度下进行,这比 Castro-Stephens偶联的反应条件要温和得多,是一大优点;
2、使用催化量的Cu助催化剂,可以避免极易爆炸的炔铜(摇晃就 可能引起爆炸)的处置; 3 、 Cu(I) 化 合 物 可 以 用 市 售 的 CuI 或 CuBr , 通 常 用 底 物 的 0.55mol%的助催化剂量; 4、最好的Pd催化剂是Pd(PPh3)2Cl2 or Pd(PPh3)4;
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Suzuki交叉偶联反应
四、Suzuki交叉偶联反应的改进 Suzuki偶联反应的改进包括:
开发催化剂,使得不反应的芳基卤代物也能偶联;
改善含sp3-杂化的烷基卤化物的反应;
使用烷基、烯基、芳基和炔基的三氟硼酸酯替代硼酸。
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Suzuki交叉偶联反应
五、机理(Mechanism) Suzuki交叉偶联的反应机理和其他几个交叉偶联反应很像,有四 个清楚的步骤:1)有机卤化物对Pd(0)的氧化加成形成Pd(II)物种; 2)Pd 上的阴离子和碱的阴离子交换 (metathesis) ; 3)Pd(II) 和烷基 硼配合物之间的转金属化(transmetallation);4)还原消除形成新的 C-C单键,并再生Pd(0)催化剂。 尽管有机硼酸不与 Pd(II)配合物发生转金属化,但硼酸的配合物 很快发生这样的转金属化。B原子和阴离子发生的第四个配键增 加了烷基的亲核性,从而加速了和 Pd(II)的转金属化步骤。空间 位阻非常大(bulky)而且富电子的配体(比如P(t-Bu)3)增加了一些活 性很差的芳基氯代物从而加速了氧化加成步骤。
5、溶剂和试剂不需要严格干燥,然而,为了保持 Pd催化剂的活 28 性,溶剂的脱氧是必需的;
Sonogashira交叉偶联反应
二、Sonogashira交叉偶联反应的特点(续)
6、通常碱也同时用作溶剂,偶尔也用一个助溶剂;
7、不论实验量的大小,反应总是进行得很好;
8、偶联反应是立体选择性的,底物的立体化学在产物中保持; 9、卤代物的反应活性顺序:I ≈ OTf > Br >> Cl; 10、碘和溴的活性差异相当大,因此在溴存在下,仍选择性地与 碘反应;
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Kumada交叉偶联反应
二、Kumada交叉偶联反应的特点 1、在Ni催化的反应里,催化活性很大程度取决于膦配体的特 性,有以下趋势:Ni(dppp)Cl2 > Ni(dppe)Cl2 > Ni(PR3)2Cl2 ~ Ni(dppb)Cl2; 2、及时有-H的sp3的烷基格氏试剂也能顺利地进行交叉偶联 反应,而不发生-H消除反应; 3、用仲烷基格氏试剂,仲烷基倾向于异构化成伯烷基。异构 化取决于膦配体的碱性以及芳基卤代物的特性;
Suzuki交叉偶联反应
三、Suzuki交叉偶联反应的缺点(disadvantage) 1、芳基卤代物通常反应较慢; 2、由于溶剂溶解的氧导致自偶联的副产物; 3、经常会有和膦偶联的称为生成; 4、由于反应必须有碱存在才能进行,因此,光学活性的称为可 能出现消旋(racemization),或者发生Aldol缩合副反应。
应用Pd(0) 催化在有机锡化合物和有机亲电试剂之间交叉偶联生 成新的C-C单键的反应就称为 Stille交叉偶联反应 (cross coupling)。
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Stille交Байду номын сангаас偶联反应
二、Stille交叉偶联反应的特点 作为反应前体(precursor)的有机锡化合物有许多优点: 1、可以容许很多的官能团; 2、不像许多活泼的金属有机化合物,有机锡化合物对水和氧不 太敏感; 3、可以很方便地制备、分离、储存; 4、但是,有机锡化合物的缺点是毒性,还有就是反应产物中很 少量的(trace)有机锡副产物很难完全除去。
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Stille交叉偶联反应
二、Stille交叉偶联反应的特点(续) 在过去的二十多年的时间里, Stille交叉偶联反应成为有机化学 中最有效的合成手段之一,在许多合成化学领域中能找到它 的应用。 实际上,Stille交叉偶联反应的成功很大程度上应该归功于这个 方法所体现的温和条件。在这样温和的条件下,能够兼容许 多官能团,比如:羧基、酰胺、酯基、硝基、醚、胺、羟基、 酮基、甲酰基(醛基),两个反应底物的立体化学也都不受影 响。 催化剂中的金属除了Pd之外,发现Mn、Ni和Cu也可以催化这个 13 反应。使用催化剂量的锡也有报道。
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Kumada交叉偶联反应
二、Kumada交叉偶联反应的特点(续) 7、Pd催化的过程具有更好的化学选择性和立体选择性,而且比 Ni催化具有更广的碳负离子的适用性。但是Pd催化只能用芳基 溴和芳基碘,芳基氯不反应;
8、最常用的是格氏试剂和有机锂试剂。然而用有机钠、有机铜、 有机铝、有机锌、有机锆、有机硼等化合物也是可以的; 9、有机锂更普遍,因为有许多方法可以制备,甚至烃的直接锂 化;
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五、应用
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Suzuki交叉偶联反应
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一、背景(Background) 1979年,A. Suzuki和N. Miyaura报道了Pd催化的1-烯基硼化合 物和芳基卤代物立体选择性地合成芳基化的(E)-烯烃。
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