过渡金属催化烷基羧酸的脱羧偶联反应研究进展
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CHO 15 mol% CuI toluene, 130 oC, Ar
1
铜催化烷基羧酸的脱羧偶联反应
NO2
+
2009 年, Liang 和 Li 研究组[17]报道了铜催化脯氨酸 衍生物和多种亲核试剂的脱羧偶联反应(Scheme 1). 通 过对脯氨酸、 高脯氨酸等 α-氨基酸进行苄基保护后可以 实现其和芳基炔烃(Csp3—Csp)、吲哚(Csp3—Csp2)、硝基甲 烷(Csp3—Csp2)等的底物的脱羧交叉偶联. 该反应以溴化 亚铜为催化剂、 四甲基乙二胺(TMEDA)作为配体、 过氧 叔丁醚作为氧化剂在氩气氛围、反应温度 110 ℃下进 行. 该反应的可能机理是: 首先脯氨酸衍生物在过氧化 物以及铜催化剂的作用下进行脱羧反应并得到亚胺— 铜中间体, 该中间体和炔烃反应得到亚胺-铜-炔烃的中 间体. 最后, 在溴离子的辅助下该中间体发生还原消除 反应得到目标分子, 并实现铜催化剂的再生. 值得指出 的是: 脯氨酸是一种廉价易得的手性化合物, 因此, 该 方法为含有手性炔基化合物的合成提供了一条可能的
Recent Advances in Transition Metal Catalyzed Decarboxylative Coupling Reactions of Alkyl Carboxylic Acid
Dai, Jianjuna Wang, Guangzua X百度文库, Xiaolan*,b Xu, Huajian*,a,c
Scheme 1
COOH
Fn Ar X +
COOK
cat. Cu - CO2
Fn
Ar
(3)
为了进一步检验上述反应机理, Li 等[18]报道了使用 羰基化合物、脯氨酸和炔烃在铜催化剂作用下的脱羧偶 联反应. 例如, 脯氨酸、对硝基苯甲醛和苯乙炔在碘化 亚铜的催化下可以 95%的收率得到脱羧偶联的目标产 物(Eq. 4).
2460
http://sioc-journal.cn/
© 2013 Chinese Chemical Society & SIOC, CAS
Chin. J. Org. Chem. 2013, 33, 2460～2468
Chinese Journal of Organic Chemistry 联反应(Eq. 2). 2009 年, Liu 等[6a]报道了钯催化草酸酯钾 盐的脱羧偶联反应[7]以及铜催化多氟苯甲酸和卤代芳烃 的脱羧偶联反应(Eq. 3). 最近, Su 等[8a]还报道了钯催化 不同芳基羧酸之间的脱羧交叉偶联反应. 由于过渡金属 催化的烷基偶联反应在合成具有非平面结构的有机分 子中具有重要的意义和价值[9]. 近年来, Fu 等在镍催化 Csp2—Csp3[10]和 Csp3—Csp3[11]偶联反应研究领域取得了较 大进展. 此外, Hu 等[12]也报道了一系列镍催化的烷基卤 化物和多种亲核试剂的偶联反应. 最近, 人们还报道了 铜催化烷基卤化物和芳基硼酯的偶联反应 [13] 以及对甲 苯磺酸烷基酯和烷基格氏试剂的偶联反应 [14]. 这些方 法为构建 Csp2—Csp3 和 Csp3—Csp3 化学键提供了有效路径. 在此基础上 , 他们进一步报道了用铜催化 [15] 和镍催 化 [16] 由烷基卤化物制备烷基硼酯的方法 . 和过渡金属 催化的芳基羧酸的脱羧偶联反应相比, 过渡金属催化烷 基羧酸脱羧偶联反应仍是当前的一个重要挑战. 本文将 从发生脱羧偶联反应的烷基羧酸底物出发, 综述近年来 过渡金属催化烷基羧酸的脱羧偶联反应.
[19]
Chin. J. Org. Chem. 2013, 33, 2460～2468
© 2013 Chinese Chemical Society & SIOC, CAS
http://sioc-journal.cn/
2461
有机化学
5 ~ 20 mol% Cu(2-ethylhexanoate)2 5.5 ~ 22 mol% ligand R wet THF, air, 23 oC
N H
COOH +
Ph
N
Ph
(4)
O2N
95% yield
关于铜催化的不对称脱羧偶联反应. 2003 年, Shair 等 首先报道了丙二酸单硫酯和对醛的 Aldol 加成反应 (Eq. 5). 经过一系列的条件筛选后, 他们发现二乙基己酸铜 [Cu(2-ethylhexanoate) 2]/5-甲氧基苯并咪唑催化体系的 反应效果最好. 该反应的条件也非常温和, 在含有水的 四氢呋喃和空气中, 室温的条件下即可进行反应. 反应 的收率也比较高 , 脂肪醛和芳香醛都有较好的反应效 果. 此外, 通过调节手性配体, 他们发现三氟甲磺酸铜
(a 合肥工业大学医学工程学院 (b 安徽医科大学基础医学院
(c 先进功能材料与器件安徽省重点实验室 摘要
羧酸是一类廉价、易得、容易存储运输的化合物. 自芳基羧酸的脱羧 Heck 反应被报道以来, 发展过渡金属催化
的脱羧偶联反应引起了人们的广泛兴趣并已成为当前的一个研究热点. 过渡金属催化的烷基偶联反应对合成非平面的 有机分子具有重要意义. 因此, 发展过渡金属催化的烷基羧酸脱羧偶联反应得到了人们的广泛重视. 我们从催化脱羧 偶联的过渡金属出发, 分别总结了: (1)铜催化脯氨酸衍生物与炔烃(Csp3—Csp)、吲哚(Csp3—Csp2)、硝基甲烷(Csp3—Csp2) 等亲核试剂的脱羧偶联反应、丙二酸单硫酯和醛的脱羧 Aldol 加成反应、Mannich 型脱羧加成反应以及和炔溴的脱羧 偶联反应; (2)钯催化吡啶-2-乙酸盐、2,2-二取代氰基乙酸、硝基取代苯乙酸等底物和卤代芳烃的脱羧偶联反应; (3)银催 化烷基羧酸的脱羧氯化、氟化以及炔化反应. 关键词 过渡金属; 脱羧偶联; 烷基羧酸; 进展
Ar COOH + R cat. Pd, oxidant - CO2 Ar R (1)
REVIEW
路线.
R2 R
1
N
COOH + H Nu
15 mol% CuBr 30 mol% ligand 1.4 equiv. oxidant toluene, 110 oC, Ar
R2 R
1
N
Nu
Ph N
Ph O
(a School of Chemical Engineering, School of Medical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009) (b School of Medical Sciences, Anhui Medical University, Hefei 230032) c ( Key Laboratory of Advanced Functional Materials and Devices, Anhui Province, Hefei 230009) Abstract Carboxylic acids are cheap, readily available, easy to store and handle compounds. Since the studies of decarboxylative Heck reaction of aryl carboxylic acids, transition metal-catalyzed decarboxylative coupling reactions have become an interesting research area. Transition metal-catalyzed alkyl coupling plays an important role in the synthesis of nonplanar molecule. Thus, much attention has been paid to the development of transition metal-catalyzed decarboxylative cross-coupling reactions of alkyl carboxylic acids. This review focuses on: (1) the copper-catalyzed decarboxylative coupling reaction between proline derivatives and nucleophilies including terminal alkynes (Csp3—Csp), indoles (Csp3—Csp2) and nitromethane (Csp3 — Csp2), the copper-catalyzed decarboxylative aldol reaction of thioester derivatives, the copper-catalyzed decarboxylative Mannich-type reaction; the copper-catalyzed decarboxylative alkynylation of quaternary α-cyano acetate salts; (2) the palladium-caytalyzed decarboxylative couplings of 2-(2-azaaryl)acetates, cyanoacetate, salts, nitrophenyl acetates salts with aryl halides; (3) the silver-catalyzed decarboxylative chlorination, fluorination and alkynylation. Keywords transition metals; decarboxylative coupling; alkyl carboxylic acid; advance
过渡金属催化的交叉偶联反应能够有效地应用于 构建新的化学键[1]. 和传统的有机金属试剂相比, 羧酸 是一类廉价、易得的化合物. 此外, 羧酸还具有存储运 输容易、 使用方便等优点[2]. 因此, 近年来羧酸参与的脱 羧偶联反应引起了人们的广泛重视并得到了快速的发
展. Meyers[3], Goossen[4], Forgione[5]以及其他课题组[6]在 该领域开展了一系列研究工作. 例如, 2002 年, Meyers 等[3a]首次报道了芳基羧酸的脱羧 Heck 反应, 开启了脱 羧偶联反应的研究热潮(Eq. 1). Goossen 等[4a]提出了钯/ 铜双金属催化体系用于芳基羧酸和卤代芳烃的脱羧偶
N ligand cat. CuBr RO OR CO2 + 2ROH
O
oxidant R2 R
1
R R1 Ph N
2
CH Ph
N CH2
COOH
CH
CuBr R R R1 Ph N Ph Br Ph R1
2 1
R2 N CuBr CH Ph Br Ph
Ph R2 N Cu CH
R
Br +
NO2
NO2 cat. Pd/Cu, Ligand - CO2 R (2)
有机化学
Chinese Journal of Organic Chemistry
DOI: 10.6023/cjoc201307014
综述与进展
REVIEW
过渡金属催化烷基羧酸的脱羧偶联反应研究进展
戴建军 a 王光祖 a 徐小岚*,b
合肥 230009) 合肥 230032) 合肥 230009)
许华建*,a,c
* E-mail: hjxu@hfut.edu.cn; xlxu@ustc.edu Received July 9, 2013; revised August 25, 2013; published online August 29, 2013. Project Supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 21272050, 21072040). 国家自然科学基金(Nos. 21272050, 21072040)资助项目.
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铜催化烷基羧酸的脱羧偶联反应
NO2
+
2009 年, Liang 和 Li 研究组[17]报道了铜催化脯氨酸 衍生物和多种亲核试剂的脱羧偶联反应(Scheme 1). 通 过对脯氨酸、 高脯氨酸等 α-氨基酸进行苄基保护后可以 实现其和芳基炔烃(Csp3—Csp)、吲哚(Csp3—Csp2)、硝基甲 烷(Csp3—Csp2)等的底物的脱羧交叉偶联. 该反应以溴化 亚铜为催化剂、 四甲基乙二胺(TMEDA)作为配体、 过氧 叔丁醚作为氧化剂在氩气氛围、反应温度 110 ℃下进 行. 该反应的可能机理是: 首先脯氨酸衍生物在过氧化 物以及铜催化剂的作用下进行脱羧反应并得到亚胺— 铜中间体, 该中间体和炔烃反应得到亚胺-铜-炔烃的中 间体. 最后, 在溴离子的辅助下该中间体发生还原消除 反应得到目标分子, 并实现铜催化剂的再生. 值得指出 的是: 脯氨酸是一种廉价易得的手性化合物, 因此, 该 方法为含有手性炔基化合物的合成提供了一条可能的
Recent Advances in Transition Metal Catalyzed Decarboxylative Coupling Reactions of Alkyl Carboxylic Acid
Dai, Jianjuna Wang, Guangzua X百度文库, Xiaolan*,b Xu, Huajian*,a,c
Scheme 1
COOH
Fn Ar X +
COOK
cat. Cu - CO2
Fn
Ar
(3)
为了进一步检验上述反应机理, Li 等[18]报道了使用 羰基化合物、脯氨酸和炔烃在铜催化剂作用下的脱羧偶 联反应. 例如, 脯氨酸、对硝基苯甲醛和苯乙炔在碘化 亚铜的催化下可以 95%的收率得到脱羧偶联的目标产 物(Eq. 4).
2460
http://sioc-journal.cn/
© 2013 Chinese Chemical Society & SIOC, CAS
Chin. J. Org. Chem. 2013, 33, 2460～2468
Chinese Journal of Organic Chemistry 联反应(Eq. 2). 2009 年, Liu 等[6a]报道了钯催化草酸酯钾 盐的脱羧偶联反应[7]以及铜催化多氟苯甲酸和卤代芳烃 的脱羧偶联反应(Eq. 3). 最近, Su 等[8a]还报道了钯催化 不同芳基羧酸之间的脱羧交叉偶联反应. 由于过渡金属 催化的烷基偶联反应在合成具有非平面结构的有机分 子中具有重要的意义和价值[9]. 近年来, Fu 等在镍催化 Csp2—Csp3[10]和 Csp3—Csp3[11]偶联反应研究领域取得了较 大进展. 此外, Hu 等[12]也报道了一系列镍催化的烷基卤 化物和多种亲核试剂的偶联反应. 最近, 人们还报道了 铜催化烷基卤化物和芳基硼酯的偶联反应 [13] 以及对甲 苯磺酸烷基酯和烷基格氏试剂的偶联反应 [14]. 这些方 法为构建 Csp2—Csp3 和 Csp3—Csp3 化学键提供了有效路径. 在此基础上 , 他们进一步报道了用铜催化 [15] 和镍催 化 [16] 由烷基卤化物制备烷基硼酯的方法 . 和过渡金属 催化的芳基羧酸的脱羧偶联反应相比, 过渡金属催化烷 基羧酸脱羧偶联反应仍是当前的一个重要挑战. 本文将 从发生脱羧偶联反应的烷基羧酸底物出发, 综述近年来 过渡金属催化烷基羧酸的脱羧偶联反应.
[19]
Chin. J. Org. Chem. 2013, 33, 2460～2468
© 2013 Chinese Chemical Society & SIOC, CAS
http://sioc-journal.cn/
2461
有机化学
5 ~ 20 mol% Cu(2-ethylhexanoate)2 5.5 ~ 22 mol% ligand R wet THF, air, 23 oC
N H
COOH +
Ph
N
Ph
(4)
O2N
95% yield
关于铜催化的不对称脱羧偶联反应. 2003 年, Shair 等 首先报道了丙二酸单硫酯和对醛的 Aldol 加成反应 (Eq. 5). 经过一系列的条件筛选后, 他们发现二乙基己酸铜 [Cu(2-ethylhexanoate) 2]/5-甲氧基苯并咪唑催化体系的 反应效果最好. 该反应的条件也非常温和, 在含有水的 四氢呋喃和空气中, 室温的条件下即可进行反应. 反应 的收率也比较高 , 脂肪醛和芳香醛都有较好的反应效 果. 此外, 通过调节手性配体, 他们发现三氟甲磺酸铜
(a 合肥工业大学医学工程学院 (b 安徽医科大学基础医学院
(c 先进功能材料与器件安徽省重点实验室 摘要
羧酸是一类廉价、易得、容易存储运输的化合物. 自芳基羧酸的脱羧 Heck 反应被报道以来, 发展过渡金属催化
的脱羧偶联反应引起了人们的广泛兴趣并已成为当前的一个研究热点. 过渡金属催化的烷基偶联反应对合成非平面的 有机分子具有重要意义. 因此, 发展过渡金属催化的烷基羧酸脱羧偶联反应得到了人们的广泛重视. 我们从催化脱羧 偶联的过渡金属出发, 分别总结了: (1)铜催化脯氨酸衍生物与炔烃(Csp3—Csp)、吲哚(Csp3—Csp2)、硝基甲烷(Csp3—Csp2) 等亲核试剂的脱羧偶联反应、丙二酸单硫酯和醛的脱羧 Aldol 加成反应、Mannich 型脱羧加成反应以及和炔溴的脱羧 偶联反应; (2)钯催化吡啶-2-乙酸盐、2,2-二取代氰基乙酸、硝基取代苯乙酸等底物和卤代芳烃的脱羧偶联反应; (3)银催 化烷基羧酸的脱羧氯化、氟化以及炔化反应. 关键词 过渡金属; 脱羧偶联; 烷基羧酸; 进展
Ar COOH + R cat. Pd, oxidant - CO2 Ar R (1)
REVIEW
路线.
R2 R
1
N
COOH + H Nu
15 mol% CuBr 30 mol% ligand 1.4 equiv. oxidant toluene, 110 oC, Ar
R2 R
1
N
Nu
Ph N
Ph O
(a School of Chemical Engineering, School of Medical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009) (b School of Medical Sciences, Anhui Medical University, Hefei 230032) c ( Key Laboratory of Advanced Functional Materials and Devices, Anhui Province, Hefei 230009) Abstract Carboxylic acids are cheap, readily available, easy to store and handle compounds. Since the studies of decarboxylative Heck reaction of aryl carboxylic acids, transition metal-catalyzed decarboxylative coupling reactions have become an interesting research area. Transition metal-catalyzed alkyl coupling plays an important role in the synthesis of nonplanar molecule. Thus, much attention has been paid to the development of transition metal-catalyzed decarboxylative cross-coupling reactions of alkyl carboxylic acids. This review focuses on: (1) the copper-catalyzed decarboxylative coupling reaction between proline derivatives and nucleophilies including terminal alkynes (Csp3—Csp), indoles (Csp3—Csp2) and nitromethane (Csp3 — Csp2), the copper-catalyzed decarboxylative aldol reaction of thioester derivatives, the copper-catalyzed decarboxylative Mannich-type reaction; the copper-catalyzed decarboxylative alkynylation of quaternary α-cyano acetate salts; (2) the palladium-caytalyzed decarboxylative couplings of 2-(2-azaaryl)acetates, cyanoacetate, salts, nitrophenyl acetates salts with aryl halides; (3) the silver-catalyzed decarboxylative chlorination, fluorination and alkynylation. Keywords transition metals; decarboxylative coupling; alkyl carboxylic acid; advance
过渡金属催化的交叉偶联反应能够有效地应用于 构建新的化学键[1]. 和传统的有机金属试剂相比, 羧酸 是一类廉价、易得的化合物. 此外, 羧酸还具有存储运 输容易、 使用方便等优点[2]. 因此, 近年来羧酸参与的脱 羧偶联反应引起了人们的广泛重视并得到了快速的发
展. Meyers[3], Goossen[4], Forgione[5]以及其他课题组[6]在 该领域开展了一系列研究工作. 例如, 2002 年, Meyers 等[3a]首次报道了芳基羧酸的脱羧 Heck 反应, 开启了脱 羧偶联反应的研究热潮(Eq. 1). Goossen 等[4a]提出了钯/ 铜双金属催化体系用于芳基羧酸和卤代芳烃的脱羧偶
N ligand cat. CuBr RO OR CO2 + 2ROH
O
oxidant R2 R
1
R R1 Ph N
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CH Ph
N CH2
COOH
CH
CuBr R R R1 Ph N Ph Br Ph R1
2 1
R2 N CuBr CH Ph Br Ph
Ph R2 N Cu CH
R
Br +
NO2
NO2 cat. Pd/Cu, Ligand - CO2 R (2)
有机化学
Chinese Journal of Organic Chemistry
DOI: 10.6023/cjoc201307014
综述与进展
REVIEW
过渡金属催化烷基羧酸的脱羧偶联反应研究进展
戴建军 a 王光祖 a 徐小岚*,b
合肥 230009) 合肥 230032) 合肥 230009)
许华建*,a,c
* E-mail: hjxu@hfut.edu.cn; xlxu@ustc.edu Received July 9, 2013; revised August 25, 2013; published online August 29, 2013. Project Supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 21272050, 21072040). 国家自然科学基金(Nos. 21272050, 21072040)资助项目.