钯催化的交叉偶联反应——2010年诺贝尔化学奖简介
doi:10.3969/j.issn0253-9608.2010.06.005
钯催化的交叉偶联反应
———2010年诺贝尔化学奖简介
肖唐鑫① 刘 立② 强琚莉③ 王乐勇④
①②博士研究生,③博士,④教授,南京大学化学化工学院,南京210093
关键词 钯催化 偶联反应 诺贝尔化学奖
2010年10月6日,瑞典皇家科学院宣布将2010年诺贝尔化学奖授予美国科学家Richar d F.Heck,日本科学家Ei-ichi Ne g ishi和A kira Suzuki。这三名科学家是因为在有机合成领域中钯催化交叉偶联反应方面的卓越研究而获奖。它为化学家提供了一款精致的工具来合成复杂的有机分子。这一成果广泛应用于制药、电子工业和先进材料等领域。笔者对钯催化交叉偶联反应领域作了粗浅的介绍,以期起到抛砖引玉之作用。
2010年的诺贝尔化学奖揭晓后,很多专业人士对此
并不感到惊讶,认为这次的评选结果实乃众望所归。确实如此,三位科学家都已近耄耋之年,他们所做的贡献早已造福全球,按理早应摘取这个桂冠了。当瑞典皇家科学院在2010年10月6日宣布将诺贝尔化学奖颁发给美国科学家Richard F.Heck和日本科学家Ei-ichi Negishi,Akira Suzuki时,Heck所说的一句话———这是个圆满的结局———道出了所有人的心声。目前,钯催化的交叉偶联反应在全球的科研、医药生产、电子工业和先进材料等领域都有广泛应用。以在此领域有卓越贡献的科学家名字命名的有机反应对于从事化学的人来说是耳熟能详的,如Heck反应、Negishi反应、Suzuki反应、Stille反应、Kumada反应、Sonogashira反应以及Hiyama反应等等。
众所周知,有机合成化学以其强大的生命力制造出了几千万种新的物质,并且这个数目仍在迅速的膨胀,而有机合成化学的基础核心是新型、高效有机合成方法学的研究和发展。我们从21世纪这10年来三次与有机合成方法学相关的诺贝尔化学奖授予情况可以看出这一领域的重要性:2001年W.S.Knowles,R.Noyori 和K.B.Sharpless因在发展催化不对称合成研究方面获奖;2005年Y.Chauvin,R.H.Grubbs和R.R. Schrock因在发展烯烃复分解反应所作出的贡献而获奖;最后就是2010年的钯催化交叉偶联反应的获奖。下面对钯催化交叉偶联反应的早期研究、反应机理以及发展应用等做一个粗浅的介绍,以期达到抛砖引玉之作用。1早期研究
有机合成化学制造出的这几千万种新的物质绝大多数都是以碳原子为主来构建的。为了制备结构更复杂、功能更强大的新型材料,就要想办法通过各种化学反应将碳原子连接在一起。然而碳原子本身是十分稳定的,在化学反应中并不活泼,所以就得想办法来激活碳原子,让它更容易参与反应并与其他碳原子连接起来,逐步形成更高层次的碳基骨架。1912年,法国人Grignard因发明有机镁试剂(格氏试剂)而荣获诺贝尔化学奖,可以说是碳基活化史上的第一个里程碑。随着时代的发展,人们对碳基的研究愈加深入。在研究的前期,要么无法活化碳基,化合物难于参加反应;要么使碳原子过于活跃,虽然能有效地制造出很多简单的有机物,但要是合成复杂分子却有大量的副产物生成。正如大家所知,在有机合成操作中提纯是一项繁琐的工作。Heck,Negishi和Suzuki等人通过实验发现,当碳原子和钯原子连接在一起,会形成一种“温和”的碳钯键,在这里钯既活跃了碳基,又使其不至于过于活泼,然后又可以把别的碳原子吸引过来,这样使得两个碳原子距离拉近,容易成键而偶联起来。在这里钯原子就相当于“媒人”的作用,只需使用催化剂就行。所以“钯催化交叉偶联反应”就是一款精致的工具,让化学家得以像艺术家一样来雕刻和拼接类似积木的模块(小的基团),构筑令人叹为观止的艺术品(有机复杂分子)。与此同时还避免了过多不必要副产物的生成。
Heck1931年出生于美国麻省斯普林菲尔德(Spri-
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ngfield)。1954年在美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)获得博士学位,师从Saul Winstein教授。他现在是美国特拉华大学名誉退休教授。特拉华大学自2004年起,以Heck的名字命名了一个教授席位以显示对他所取得成就的尊重。2006年,Heck荣获H.C.Brown创新合成方法研究奖。在这次获奖的三名科学家中,Heck是最早着手研究钯催化偶联反应的。20世纪60年代末,他就开始致力于在室温条件下苯基钯卤代物在烯烃原位上的加成反应。特别是在1968年,Heck在美国化学会会志(J.Am.Chem.Soc.)上以唯一作者发表一系列连续论文[1-7],介绍了钯催化下芳基汞化合物的偶联反应。1971年,日本化学家Tsutomo Mizoroki在Heck等人的研究基础上,对以往方法进行了改进,报道了乙酸钾作碱和氯化钯催化下,使用毒性较低的卤代芳烃(碘苯)与苯乙烯偶联为二苯乙烯的反应[8]。因此Heck反应也称为Mizoroki-Heck反应。不幸的是,Mizoroki因癌症在1980年就英年早逝,这不得不说是科学界的一大损失,令人无限惋惜!1972年,Heck对Mizoroki的反应又做了改进,并将成果发表在当年的https://www.wendangku.net/doc/6b7509037.html,.Chem.上[9],是为“Heck反应”。具体来讲,Heck反应是由一个不饱和卤代烃(或三氟甲磺酸酯)和一个烯烃在钯催化和碱存在下生成取代烯烃的偶联反应(图1),它是一种均相催化反应,反应产物烯烃具有立体专一性、产率高,是形成碳-碳键的一个非常好的方法。可以说,Heck反应的出现是金属有机催化活化碳基的又一个里程碑。Heck 反应自发现起,其在有机合成中的重要性逐步增长。1982年,Heck在Organic Reactions上仅用45页,便总结了当时Heck反应的应用实例。但到2002年,发表在Organic Reactions上,仅与分子内Heck反应相关的文章,就已达377页。现今,Heck反应是有机合成中构建碳-碳键的常用方法之一,也是日后发现众多钯催化反应的基础。曾被Heck研究的一个以炔烃为底物的偶联反应,1975年被日本化学家Sonogashira详细研究,他向反应液中加入亚铜盐以改进反应产率,取得较好的结果。这一偶联反应现称为Sonogashira偶联反应,亦是有机合成重要技术之一。在生物医学上,将荧光染料与DNA碱基偶联时用到的正是Sonoga shira偶联反应,这对自动DNA测序和阐明人类基因组起到了重要的作用。
Negishi和Suzuki都是日本公民。Negishi1935年出生,1963年从美国宾夕法尼亚大学获得博士学位, 1979年起任教于美国普渡大学至今。他虽定居美国,但仍保持日本国籍。Suzuki于1930年出生,1959年从日本北海道大学获得博士学位,现为北海道大学名誉退休教授。他二人都曾师从著名诺贝尔奖获得者———普渡大学已故学者H.C.Brown教授,所以Suzuki也算是Negis hi的同门师兄了。在20世纪70年代初,Negishi 就着手研究偶联反应的一些温和试剂,从最初的有机锆试剂和有机铝试剂到后来的有机锌试剂。现在所说的Negis hi反应就是有机锌、锆、铝等化合物在零价钯催化下的芳基化、烯基化反应[10-11](图1)。目前,Negishi仍然活跃于科学研究的最前沿。例如最近他和他的学生王光伟博士等在https://www.wendangku.net/doc/6b7509037.html,.Chem.上以很长的篇幅报道了钯催化下偶联反应研究的进展[12]。Suzuki于1963年至1965年在Brown的实验室做博士后的时候正是硼氢化反应在Brown的实验室被发现后几年。Brown也正是因为硼氢化反应而获得1979年的诺贝尔奖。在这种背景下,Suzuki开始了大量有机硼试剂的研究,在20世纪70年代末证明了有机硼化合物在碱性条件和钯催化下能够与烯基卤和芳基卤偶联[13-14](图1)。Suzuki反应的产物也具有立体专一性,反应条件温和,醛、酮、酯、羟基等官能团均不受影响,这正是Suzuki反应的优势所在
。
图1 钯催化交叉偶联反应的主要类型
2反应机理简介
一个有机化学反应被发现后,接下来最重要的工作就是来探究它们的反应机理,搞清楚反应在微观层次上的实质,以便更好地调控反应。Heck,Negishi和Suzuki 当初各自发现新的反应后更是毫不例外地花大工夫来探究它们的反应机理,这可以从他们的原始文献上获知。现在我们也扼要介绍一下Heck反应、Negishi反应和Suzuki反应的机理。
2.1He ck反应
Heck反应以有机钯配合物为催化剂得到具有立体专一性的芳香代烯烃(图2)。反应物主要是卤代芳烃
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(碘、溴)与含有α-吸电子基团的烯烃。该反应的催化剂
通常用Pd (0),Pd (II )或含Pd 的配合物(常用醋酸钯和
三苯基膦)。卤代烃首先与A 发生氧化加成反应,C -X
键的断裂与Pd -C 和Pd -X 键的形成是同步进行的。氧
化加成反应是偶联反应中最常见的决速步骤,经过氧化
加成化合物A 生成中间体B ,B 再经过配体解离,得到
化合物RPdLX 。RPdLX 先与烯烃配位,然后再经烯烃
插入,配体配位得到中间体C 。中间体C 的C -C 键旋
转,得到其构象异构体,从而可以进行β-消除反应,生成
化合物D 和目标产物———烃基化的烯烃。在碱性(如三
乙胺)条件下,碱与化合物D 生成具有催化活性的零价
钯,完成整个催化循环反应
。图2 Heck
反应机理
图3 Negishi 反应机理2.2Negishi 反应
Negishi 反应的催化剂也是用具有催化活性的零价
金属,如钯、镍等。反应整体上经历氧化加成、金属转
移、还原消除等步骤(图3)。芳基卤代烃首先与零价钯
发生氧化加成反应,得到中间体RPdX ,卤化烃基锌R ′
ZnX 向中间体RPdX 迁移,并进行金属转移得到ZnX 2
和中间体RPdR ′,中间体RPdR ′经异构化得到顺式的络合物从而能很快地发生还原消除反应,得到化合物RR ′,钯催化剂进入下一轮的催化。2.3Suzuki 反应溴代芳烃和碘代芳烃是Suzuki 反应(图4)中常见的亲电试剂,当然也可以是三氟甲基磺酸酯、重氮盐等。芳基硼酸通常是由芳基锂或格氏试剂与烷基硼酸酯反应制得,芳基硼酸在空气中稳定,可以长期保存。Suzuki 反应机理与Negishi 反应类似,经历了三个过程:氧化加成、芳基阴离子向金属中心迁移和还原消除。卤代芳烃首先与Pd (0)进行氧化加成,得到ArPdX 中间体,该中间体再与
一分子碱作用得到中间体ArPdOH ;另一分子的碱与硼酸
作用得到硼酸盐,从而使得芳基具有更强的富电性,有利
于芳基向ArPdOH 中间体的金属原子迁移,一般来说,只
有Pd (II )才能发生金属中心迁移。金属中心迁移作用是
通过一个四员环过渡态(four -center intermediate )进行
的。但是值得注意的是,一些反应的添加剂可以通过改
变过渡态的结构加速金属中心迁移作用,例如碱可以加
速Suzuki 反应。在Ar ′PdOH 和ArB ′OH 的协同作用下,
得到配合物中间体ArPdAr ′,该中间体经过还原消除得到
芳基偶联产物和零价钯,完成整个循环过程
。
图4 Suzuki 反应机理
3偶联反应的应用
钯催化偶联反应有如下优点:可允许多种活性官能
团存在,缩短反应步骤;副产物少,使得后处理变得容
易;可与手性配体结合,催化不对称交叉偶联反应。这
些优点决定了它潜在的应用价值。在基础科研领域,每
个有机合成实验人员都会或多或少地用到钯催化的交
叉偶联反应,各大化学期刊刊登这方面的文献近年来更
是犹如雨后春笋;在实际工业领域,按瑞典皇家科学院·
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的表述,钯催化的交叉偶联反应已广泛应用于制药、电子工业和先进材料等领域。实验室的基础科研成果不断地促进着工业的发展,工业的发展又反过来刺激基础科研的进步。也正因为钯催化交叉偶联反应是一项基础的研究,它的出现就像当年发明塑料一样将给现实社会带来革命性的变化。钯催化的偶联反应能使碳-碳键更容易的连接起来,而我们的这个世界有这么多的东西都需要碳基来连接,如各种药物、塑料和液晶、聚合物材料以及一些太阳能电池等先进功能材料等等。像有些天然产物,它们巨大的分子量令以往的科学家咋舌,但是当拥有这个精致的工具后,事情似乎就变得容易起来,如借助Suzuki反应,科学家们成功合成了水螅毒素(palyt oxin)这个巨型分子(分子式C129H223N3O54)[15]。
Heck反应已经被用于抗炎药萘普生(图5左)、抗癌药物紫杉醇和哮喘药孟鲁司特等的大规模生产;最近,Scott及其合作者[16]以Heck反应为基础,探索出了合成丙型肝炎病毒聚合酶抑制剂HCVP-1的有效路径(图5右),其数量可达公斤级;另外,工业生产的肉桂酸酯类衍生物和防晒油中的主要成分桂皮酸盐都是通过Heck反应生产的
。
图5 Heck反应在药物合成中的两例应用(椭圆内的
化学键即为偶联处)
Negishi反应和Suzuki反应也都以各自的特点在药物合成和电子工业上发挥着重要的角色,它们的应用与日俱增。例如Jacks等人以数公斤级的量来制备内皮素拮抗剂Cl-1034[17],所用的关键步骤之一就是Suzuki偶联(图6右)。显然,偶联反应并不是独立的,它们相互补充,以发挥更大的潜力。尤其是在天然产物的全合成中,最终的目标产物就可能涉及多个偶联反应,例如在2010年的美国化学会会志(J.Am.Chem.Soc.)上报道的聚酮类天然产物似蛇霉素(Anguinomycin)的全合成就用到了两次Negishi反应和一次Suzuki反应[18](图6左)
。
图6 Negishi反应和Suzuki反应应用实例(椭圆内化学键由Negishi反应生成,圆内化学键由Suzuki反应生成)
4近年发展情况
经过了近40年的发展,钯催化的偶联反应取得了
巨大的成就。其中重要的一环就是催化剂的不断改进。
如今偶联反应的催化剂逐步形成了一定规模,由最初的
富电子的含膦(磷)配体,逐步发展到了卡宾配体、含氮
配体以及其他含杂原子配体。Pd(PPh3)4是通常采用的
磷配体催化剂,其具有热稳定性好、不易分解等优点。
后来又发展了许多新型双膦配体以及联苯结构的二烷
基单膦配体,配体的存在大大提高了催化效率。氮杂卡
宾是具有两电子给予体的中性优良有机配体,它们具有
较高的富电子性、稳定性和配位性,常常作为有机膦配
体的替换物,已经被成功地用在了芳卤与胺、有机镁、有
机锡以及有机硼的偶联反应中。近年来人们对环钯化
合物也进行了广泛的研究,其在偶联反应中也表现出良
好的催化活性。对于Heck反应,除了Pd可以作催化
剂,Ni也可以用做催化剂,它的反应活性高于钯,但反应
的选择性不如钯,但是好于铑、钌、钴、铂等催化剂。相
较于价格昂贵的贵金属钯,镍具有廉价易得等优点,作
为催化剂成本较低,易于实现工业化,因此对镍催化的
偶联反应的研究更具有现实意义,目前就有许多课题组
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在从事Ni催化偶联反应的研究。
Heck反应、Suzuki反应和Negishi反应作为芳香卤代烷(硼酸酯,有机锌)和含有α-吸电子基团的烯烃的偶联反应是当今有机合成中构成C-C键的重要反应,并已得到了广泛的应用。前两种偶联反应通常需要过渡金属钯的催化以及有机膦配体的辅助作用,由于钯催化剂比较昂贵,同时有机膦化合物不易重复使用,一定程度上限制了其在工业上应用。近年来,将贵金属钯和膦配体负载于无机或有机高分子材料上,使得催化剂既可以保持催化活性又能够较好的回收利用,催化剂的重复使用可以大大降低生产成本,从而使得这类精细有机合成能得到更广泛的工业化应用。另外,近年来C-C偶联反应的概念也被用于合成更多的X-Y偶联反应,如很多科学家将C-C偶联反应应用到C-O,C-N键的形成,很大程度上促进了偶联反应的发展。其中在钯催化交叉偶联反应基础上发展起来的碳氢键活化是近年来发展迅速的热门领域。碳氢键的直接官能团化反应由于具有多种突出的优点以及很大的挑战性,吸引越来越多科学家的关注。
近年来,钯催化的偶联反应在中国也得到了迅速发展。中国科学院上海有机化学研究所的陆熙炎院士和戴立信院士对钯催化偶联反应研究做出了突出贡献(编者注:戴院士曾为我刊撰文介绍2005年诺贝尔化学奖“烯烃复分解反应”),他们发表的论文被国内外科学家大量引用。还有许多年轻科学家如麻生明院士、施章杰教授等在钯催化偶联反应方面也获得很大的成就,得到了国内外同行学者的认可。
5后记
以Heck反应、Negishi反应和Suzuki反应为代表的钯催化交叉偶联反应经过不断发展,正在催生出新的方法学,对有一个世纪之久的Grignard反应作出一个新的挑战。相比于Grignard反应,钯催化的偶联反应更加精细。更重要的是这些方法之间可以相互弥补,人们可以设计出更加令人满意的路线,从而更加方便地得到需要的化合物。未来的发展将有以下几个方面:寻找更好的催化剂来实现偶联反应的绿色性和原子经济性;如何获得更多可以应用钯催化的偶联反应的卤代烃和烯烃;将C-C偶联反应的概念应用于更多的其他原子间的偶联反应。纵观所有钯催化的偶联反应的实例,它们的应用相对还是十分有限的,因而还需要进一步的发展来扩大偶联反应在工业上的应用,让实际的生产生活受益更大。我们相信钯催化交叉偶联反应前方的道路还十分宽敞,它的前景必定更加辉煌!
另外,我们从这次获奖情况可以看到,不经过艰苦卓绝和锲而不舍的努力,是无法攀上科学的高峰的,三位科学家不管在什么条件下,都是在自己的实验室里数十年如一日地辛勤工作,最终都默默地做到了极致。如今Negishi教授仍在科学的道路上笔耕不辍,值得我们深刻思考和学习。再就是要树立远大的志向,如Negis hi教授在接受Science采访时说:“在半个世纪前(宾夕法尼亚大学学习期间)我就梦想获得这个奖。”可以说这次他们获奖是一个迟到的荣誉,更是一个圆梦的结局。诺贝尔奖是对全球科学家的一个表彰和认证,它并不是高不可及,这就要求我们少一分浮躁,多一分脚踏实地,共同来营造一个好的科研氛围,以便早日有中国人能够摘此桂冠!
在准备此论文时,我们也发现Angew.Chem.Int. Ed.上,也以Highlight形式对2010年诺贝尔化学奖进行了点评,该文写的短小精悍,值得有兴趣的读者查阅[19]。
致谢:在撰写本文期间,笔者有幸与Negishi教授的学生王光伟博士当面交流,他提出了许多宝贵的意见并提供了相关的有价值的材料,在这里对他表示诚挚的感谢;同时我们也感谢南京大学吴有庭教授的帮助!
(2010年11月16日收到)
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XIAO Tang-xin①,LI U Li②,JI ANG Ju-li③, WANG Le-yong④
①②Ph.D.Candid ate,③Ph.D.,④Professor,School of Chemis-try&Chemical Engin eering,Nanjing University,Nanjing210093, China
A bstract On Oct6th,2010,th e Royal Swedish Academy of Sci-ences an nounced th at th e Nob el Prize in ch em i s try for2010was awarded join tly to an Am erican scien tis t Richard F.Heck an d two Japanes e scien tis ts Ei-ichi Negi s hi and Ak ira Suzuk i for th eir great con tr ibutions to palladium-catalyzed cross-couplin g.It pr ovides one of th e most s ophis ticated tools available to ch emists to create com-plicated organic m olecules.This tool has been widely us ed in p har-maceuticals,electronics ind us try,and advanced mater ials.A brief introduction f or palladium-catalyzed cross-coupling was presented in th is paper.
Ke y w ords p alladium-catalyzed,cr oss-coupling reaction,Nobel Pr ize in Ch em i s tr y
(责任编辑:温文)
自然信息
自然常数之值是恒定的吗?
一些自然常数之值可能不是恒定的。证据来自对约29亿光年之远的一片浓密气云之观测:该云身后有一射电星系———活跃的超大质量黑洞PKS1913+135。气云内之羟基吸收来自星系一定波长的射电能量,再发射出另一波长的能量。这两个物理过程在气体的射电谱上表现出所谓的“共轭”特征,谷和峰分别对应于吸收和发射,形状相同说明两者源于同一气体。但印度国家射电天体物理中心的N.Kanekar和他的同事们发现谷与峰在频率上的间隔小于我们从羟基的特性所预期的结果。
此间隔与三个基本常数有关:质
子与电子质量之比,计量一质子的响
应于一磁场的比值及精细结构常数
α,该常数之值对电磁力的强度有影
响。Kanek ar认为:从上述间隔的理
论值与实测值之差推测,这三个常数
中的一个或不止一个在上述遥远空
间的测得值与地球上不一样。
澳大利亚斯温伯恩工程技术大
学的N.Murphy认为:这些自然常数
之值即使不是一成不变的,其差别也
一定是非常之小。例如,若只有α值
有改变,测量结果暗示30亿年前的α
比现在的α仅小0.00031%(The As-
trophysical Journal Letters,V ol.
716,pL23)。但即使如此之小的差
异,也需要“一个新的,更基本的粒子
物理理论”来阐明它。
Murphy和他的同事们对远方类
星体的可见光被中介气云的吸收之
测量也暗示α值过去比现在小,但从
未确定所测光线都是来自同一天区。
Murphy说:“那是个关键性的假设”。
美国匹兹堡大学的J.Newman
说:“对于探测精细结构常数α的演变
确有把握的途径莫过于利用射电
测量”。
Kanekar小组发现的神秘差异有
可能是由于来自另一片气体的光线
“污染”所致。该小组已开始用位于
美国波多黎各的阿雷西博射电望远
镜来清除此“污染”。
[许呆呆据New Scien tist,2010-06-05]
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自然杂志 第32卷第6期诺贝尔奖简介
钯催化反应及其机理
钯催化反应及其机理研究 摘要：目前过渡金属催化的有机反应研究一直是一个比较热的话题，其中由于钯催化的反应活性和稳定性等原因，使其在有机反应中得到了广泛的使用，被全球广泛关注。本文主要列举了钯催化的交叉偶联反应的机理，及与偶联反应相关的钯催化的碳氢键活化反应、钯催化的脂肪醇的芳基化反应等的机理。 关键词：过渡金属催化偶联反应钯催化机理 1.引言 进入二十一世纪以后，钯催化的偶联反应已经建立了比较完整的理论体系，研究的侧重点也和以前有所不同化学键的断裂和形成是有机化学的核心问题之一。在众多化学键的断裂和形成方式中，过渡金属催化的有机反应有着独特的优势：这类反应通常具有温和的反应条件，产率很高并有很好的选择性（包含立体、化学、区域选择性）。很多常规方法根本无法实现的化学反应，采用了过渡金属催化后可以很容易地得到实现。在众多过渡金属中，金属钯是目前研究得最深入的一个。自上世纪七十年代以来，随着 Kumada，Heck，Suzuki，Negishi [1]等偶联反应的陆续发现，钯催化的有机反应发展十分迅速，时至今日，钯催化的偶联反应作为形成碳-碳、碳-杂键最简洁有效的方法之一，已经得到了广泛应用。 2.钯催化各反应机理的研究 2.1.钯催化的交叉偶联反应 自上世纪七十年代以来，随着 Kumada，Heck，Suzuki，Negishi 等偶联反应的陆续发现[1]，钯催化的有机反应发展十分迅速，时至今日，钯催化的偶联反应作为形成碳-碳、碳-杂键最简洁有效的方法之一，已经得到了广泛应用[2]。交叉偶联，就是两个不同的有机分子通过反应连在了一起（英文中交叉偶联为crosscoupling，同种分子偶联为 homo coupling）。 2.1.1Heck反应 Heck 反应是不饱和卤代烃和烯烃在强碱和钯催化下生成取代烯烃的反应，是一类形成与不饱和双键相连的新 C—C 键的重要反应[3]。反应物主要为卤代芳烃（碘、溴）与含有α－吸电子基团的烯烃，生成物为芳香代烯烃。所用的不饱和卤化烃是一类芳基化合物。亲电性不饱和碳（sp 或 sp2杂化）与亲核性碳、氮、氧、硫、硒原子经过某些过渡金属的催
钯催化交叉偶联反应
钯催化交叉偶联反应 钯催化交叉偶联反应是一类用于碳碳键形成的重要化学反应，在有机合成中应用十分广泛。 简介： 为制造复杂的有机材料，需要通过化学反应将碳原子集合在一起。但是碳原子在有机分子中与相邻原子之间的化学键往往非常稳定，不易与其他分子发生化学反应。以往的方法虽然能令碳原子更加活跃，但是，过于活跃的碳原子却又会产生大量副产物，而用钯作为催化剂则可以解决这个问题。钯原子就像“媒人”一样，把不同的碳原子吸引到自己身边，使碳原子之间的距离变得很近，容易结合——也就是“偶联”。这样的反应不需要把碳原子激活到很活跃的程度，副产物比较少，因此更加精确而高效。赫克、根岸英一和铃木章通过实验发现，碳原子会和钯原子连接在一起，进行一系列化学反应。这一技术让化学家们能够精确有效地制出他们需要的复杂化合物。 发展阶段： 一、大约100年前，法国化学家维克多·格林尼亚发现，将一个镁原子同一个碳原子偶联在一起，会将额外的电子推向这个碳原子，使得它能够更容易同另外一个碳原子连接在一起。不过，科学家们发现，这样的方法在创造简单的分子时起到了效果，但是在对更为复杂的分子进行合成时，却在试管里发现了很多并不需要的副产品。 二、早在上世纪60年代，赫克就为钯催化交叉偶联反应奠定了基础，1968年，他报告了新的化学反应——赫克反应，该反应使用钯作为主要的催化剂来让碳原子连接在一起。 三、1977年，根岸英一对其成果进行了精练，他使用一种有机氯化物作为催化剂；两年后，铃木章发现使用有机硼化合物的效果会更好。应用： 如今，“钯催化交叉偶联反应”被应用于许多物质的合成研究和工业化生产。例如合成抗癌药物紫杉醇和抗炎症药物萘普生，以及有机分子中一个体格特别巨大的成员——水螅毒素。科学家还尝试用这些方法改造一种抗生素——万古霉素的分子，用来灭有超强抗药性的细菌。此外，利用这些方法合成的一些有机材料能够发光，可用于制造只有几毫米厚、像塑料薄膜一样的显示器。科学界一些人士表示，依托“钯催化交
金属有机化学中的钯催化的反应讲解
XXXX大学研究生学位课程论文（2012 ---- 2013 学年第一学期） 学院（中心、所）：化学化工学院 专业名称：应用化学 课程名称：高等有机化学 论文题目：金属有机化学中的钯催化的反应 授课教师（职称）XXXX（教授） 研究生姓名：XXXX 年级：2012级 学号：XXXXXXXXX 成绩： 评阅日期： XXXX大学研究生学院 2012年12 月25 日
金属有机化学中的钯催化的反应 XXXXXX （XXXX大学化学化工学院，山西，太原，030006） 摘要：过渡金属钯在金属有机化学方面具有丰富的反应性，在各类有机化学反应中如氢化、氧化脱氢、偶联、环加成等反应中，钯是优良的催化剂，或是催化剂的重要组分之一。本文在查阅大量近几年文献资料的基础上，综述了钯催化的反应，同时综述了钯催化反应的机理以及钯催化反应的研究现状。 关键词：钯，催化剂，反应机理，研究进展 1钯催化的反应类型及反应机理 在现今炼油、石油化工等工业催化反应中，有很多的钯催化反应，尤其是氢化反应中的选择加氢，以及氧化反应中选择氧化生产乙醛、醋酸乙烯、甲基丙烯酸甲酯，均广泛采用和开发钯催化剂。对石油重整反应，钯也是常选取的催化剂组分之一。 1.1氢化反应 钯催化剂具有很大的活性和极优良的选择性，部分氢化选择性高，常用作烯烃选择性氢化催化剂。 1.1.1反应式及反应机理 反应底物首先和氢气分子分别被吸附到催化剂上，然后和催化剂的活性中心形成配位键，最后完成氢的转移，氢和反应底物形成σ-键。 1.1.2反应方程式举例 1.2氧化反应 烯烃和炔烃是十分常见并且重要的有机化合物，选择性地氧化这类不饱和碳氢化合物一直是化学工业和学术界的重要研究目标之一。 1.2.1分子氧参与的钯催化烯烃的氧化反应 根据亲核试剂的不同，如氧、氮和碳等亲核试剂，把催化烯烃的氧化反应可以形成C-O、C-N和C-C键。 1.2.1.1反应机理 钯催化烯烃的氧化反应都经过三个过程:首先，把插入烯烃形成新的C-Pd键;接着，有机钯中间体进行β-H消除产生Pd(0);最后，Pd(0)被重新氧化为Pd(П)。 1.2.1.2形成C-C键 1.2.1.2.1烯-烯偶联
钯催化的交叉偶联反应——2010年诺贝尔化学奖获奖工作介绍
2011年第 31卷 有 机 化 学 V ol. 31, 2011 * E-ma i l: nxwang@ma i l.i https://www.wendangku.net/doc/6b7509037.html, Received December 9, 2010; revised and accepted March 10, 2011. ·学术动态· 钯催化的交叉偶联反应——2010年诺贝尔化学奖获奖工作介绍 王乃兴 (中国科学院理化技术研究所 北京 100190) 摘要 钯催化的交叉偶联反应是非常实用的合成新方法. 文章给出了Heck 反应、Negishi 反应和Suzuki 反应的概念, 对其反应机理作了详细的说明, 并对其在复杂化合物和天然产物全合成中的应用作了评价. 关键词 钯催化; Heck 反应; Negishi 反应; Suzuki 反应 Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions — Introduction of Nobel Prize in Chemistry in 2010 Wang, Naixing (Technical Institute of Physics and Chemistry , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100190) Abstract Palladium-catalyzed cross-coupling reactions provide chemists with a more precise and efficient new methodologies. The concepts of the Heck reaction and Negishi reaction as well as Suzuki reaction are given, the reaction mechanisms are proposed, and applications of these reactions in the total synthesis of natural products are commented. Keywords palladium-catalyzed; Heck reaction; Negishi reaction; Suzuki reaction 2009年10月6日, 瑞典皇家科学院宣布, 美国科学家Richard F. Heck(理查德 赫克)、日本科学家Ei-ichi Negishi(根岸英一)和Akira Suzuki(铃木章)共同获得今年的诺贝尔化学奖. 美国教授Richard F. Heck, 1931年出生于美国的斯普林菲尔德, 1954年在美国加利福尼亚大学洛杉矶分校获得博士学位. 随后他进入瑞士苏黎世联邦工学院从事博士后研究, 后在美国特拉华大学任教, 于1989年退休. Richard F. Heck 现为特拉华大学名誉教授. Ei-ichi Negishi 教授是日本人, 1935年出生于中国长春, 1958年从东京大学毕业后进入帝人公司, 1963年在美国宾夕法尼亚大学获得博士学位, 现任美国普渡大学教授. Akira Suzuki 也是日本人, 1930年出生于日本北海道鹉川町, 1959年在北海道大学获得博士学位, 随后留校工作了一段时间. 1963年到1965年, Akira Suzuki 在美国普渡大学从事了两年的博士后研究工作. Akira Suzuki 于1973年任北海道大学工学系教授, 现在是北 海道大学名誉教授. 钯催化的交叉偶联反应是一种可靠而又实用的工具, 对有机合成具有长久和深远的影响力, 该反应得到了合成化学工作者的普遍应用. 笔者于2004年在《有机反应——多氮化物的反应及有关理论问题(第二版)》的第4.13节中列举了5个较新的人名反应[1], 其中有Heck 反应、Negishi 反应和Suzuki 反应. 对其定义分别为: Heck 反应是钯催化下, 不饱和有机卤化物或三氟磺酸酯与烯烃进行的偶联反应. Negishi 反应是钯催化下的不饱和有机锌试剂和芳基或乙烯基卤化物等进行偶联的反应. Suzuki 反应是钯催化下不饱和有机硼试剂和芳基或乙烯基卤化物等进行偶联的反应. 这是钯催化的交叉偶联反应的基本概念. 最初的Suzuki 反应还需要在无氧无水的条件下来进行, 后来发展的一些反应条件已经无需无氧无水操作了. 这几种钯催化的交叉偶联反应机理不尽相同, 对机
钯催化下偶合反应研究进展
目录 摘要 (1) 关键词 (1) 1前言 (1) 2三个重要发展阶段 (2) 2.1发现钯催化效应 (2) 2.2赫克反应 (2) 2.3进一步发展 (2) 3形成C-C健研究进展 (2) 3.1钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健 (2) 3.1.1有配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健 (3) 3.1.2无配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健 (3) 3.1.3负载体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健化 (4) 3.2 钯催化Heck偶联反应合成C-C健 (4) 3.2.1负载体钯催化Heck偶联反应合成C-C健 (4) 3.2.2有配体钯催化Heck偶联反应合成C-C健 (5) 3.3其他钯催化偶联联反应合成C-C健反应 (5) 4 形成C-N健研究进展 (6) 4.1钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健 (6) 4.1.1有配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健 (6) 4.1.2无配位钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健 (6) 4.1.3负载体钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健 (6) 4.2钯催化Heck偶联反应合成C-N健 (7) 4.2.1负载体钯催化Heck偶联反应合成C-N健 (7) 4.2.2无配体钯催化Heck偶联反应合成C-N健 (7) 4.2.3有配体钯催化Heck偶联反应合成C-N健 (7) 4.3其他钯催化偶联联反应合成C-N健反应 (7) 5形成C-O健进展 (8) 5.1钯催化Heck偶合反应形成C-O健 (8) 6展望 (8)
钯催化下偶合反应研究进展 摘要:钯催化偶合反应是一类用于碳碳键形成,碳氮健形成和碳氧健形成的重要化学反应,是由两个有机化学单位进行某种化学反应而得到一个有机分子的过程,在有机合成中应用十分广泛.本文综述了钯催化下碳碳键形成等的偶联反应研究进展. 关键词:钯催化偶联反应研究进展 Research progress of coupling reaction under the palladium catalyzed Mingzhu Le Abstract:Palladium catalyzed coupling reaction is a kind important chemical reactions of used for carbon-carbon bonds to form,carbon-nitrogen bonds and carbon-oxygen bonds to from ,that chemical reaction by two organic chemistry unit is a process of obtain organic molecules,they are widely used in organic synthesis.This paper is reviewed the research progress carbon-carbon bonds to form and so on of coupling reaction under the palladium catalyzed. Keywords:palladium catalyzed coupling reaction research progress 1前言 为了制造特殊的有机材料,需要通过化学反应将碳、氮、氧等原子集合在一起.然而碳原子在有机分子中与相邻的原子之间的化学键是非常稳定的,不容易与其他的分子发生化学反应.一些方法虽然能令碳原子活跃,但是,过于活跃的碳原子又会产生大量副产物.用钯作为催化剂则可以很好的解决这个问题.钯原子作为一种传递介质,把不同的碳原子吸引到附近,使碳原子间的距离减小,容易结合,这一反应称为偶联反应,这样的偶联反应不需要把碳原子激活到很活跃的程度,因此副产物比较少,更加精确而高效.钯催化偶联反应被应用于许多物质的合成研究和工业化生产,目前这个成果已经在医药、材料等相关领域有了广泛的应用.这一技术让化学家们能够精确有效地制出他们需要的复杂化合物.有机化学反应可认为是定向地断裂和生成C-X键的过程,因此在反应中通常需要定位基团来高效地构筑C-X键,但在在些过程中也有这样一个问题,那就是定位基团的引入使得反应原子经济性不高,而如果不引入定位基
有机合成钯催化交叉偶联反应
有机合成中钯的催化交叉偶联反应 20102401046吴健华摘要：2010年诺贝尔化学奖授予给美国化学家理查德·赫克、日本化学家根岸英一和铃木章，以表彰其发现的钯催化交叉偶联反应，更有效的连接碳原子以构建复杂分子。钯催化交叉偶联反应，用于碳碳键形成的重要化学反应，因其反应条件温和，化学选择性高，副产品少，在有机合成领域中应用广泛。本文综合概述了钯催化交叉偶联反应机理与发展，并对其应用领域及发展前景作简单介绍。 关键词：钯催化；交叉偶联反应；反应机理；碳碳键；有机合成； 引言: 碳是构成生命体的重要组成物质，而这些物质是以C-C单键或双键为基础，形成各种形式的碳胳化合物，组成生命体的各个部分。而经过多年来的探究与改进，美国化学家理查德·赫克、日本化学家根岸英一及铃木章在有机合成中取得重大贡献与研究进展，发现钯催化交叉偶联反应，有效地连接碳原子，为构造更复杂的分子提供反应方法。因此于2010年，诺贝尔化学奖颁发给他们三位在有机合成中杰出并取得重大贡献的有机化学家，以表彰他们在有机合成领域中所取得的卓越成就。钯催化交叉偶联反应，作为五个被授予诺贝尔化学奖反应之一，其重要性则不言而喻。前四个反应分别是Grignard反应(格氏反应，1912年)，Diels-Alder反应(迪尔斯-阿尔德反应，1950年)，Wittig反应(叶立德、维蒂斯反应，1979年)和Olefinmetathesis反应(烯烃的转位反应，2005年)。在钯催化的交叉偶联反应中，反应步骤缩短，所需条件温和，副产品少，且可使大量的官能团在进程中得以保留而不被破坏，是一种可靠、实用的工具，广泛应用于精细化学及制药工业中, 对有机合成具有长久和深远的影响力, 得到合成化学者的普遍应用。 一、钯催化交叉偶联反应机理与发展 1.格氏试剂——拉开钯催化交叉偶联反应的序幕 有机合成化学所构造出来的物质大部分都是以碳胳为骨架所构建起来的，
钯催化交叉偶联反应
钯催化的交叉偶联反应 一、偶联反应综述 1．交叉偶联反应 偶联反应，从广义上讲，就是由两个有机分子进行某种化学反应而生成一个新有机分子的过程。狭义的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳－碳键生成的反应，根据类型的不同，又可分为自身偶联反应和交叉偶联。交叉偶联反应是一个有机分子与另一有机分子发生的不对称偶联反应。 2．碳碳键形成的重要性 新碳－碳键的形成在有机化学中是极其重要的。人们了解了天然有机物质的结构和性能，并根据有机物质的结构，通过碳原子组装成链，建立有机分子，最终实现天然有机物质的人工合成。目前为止，人类已经利用有机合成化学手段创造出几千万种物质，且越来越多的有机物质已经广泛应用到制药、建材、食品、纺织等人类生活领域，我们的生活也几乎离不开有机物了。合成药物、塑料等有机物质时，需要用小的有机分子将碳原子连接在一起构建新的复杂大分子，因而有机合成中高效的连接碳－碳键的方法是有机合成化学中的重要工具。从以往该领域诺贝尔化学奖的授予情况也可以看出合成新碳－碳键的重要性:1912年维克多·格林尼亚因发明格林尼亚试剂——有机镁试剂获奖，1950年迪尔斯和阿尔德因发明双烯反应迪尔斯－阿尔德反应获奖，1979年维蒂希与布朗因发明维蒂希反应共同获奖，2005年伊夫·肖万、罗伯特·格拉布、理查德·施罗克因在有机化学的烯烃复分解反应研究方面作了突出贡献获奖。 3．有机合成中的钯催化交叉偶联反应 随着时代发展，合成有机化学的研究愈加深入，20世纪后半期，科学家们发现了大量通过过渡金属催化来创造新有机分子的反应，促使有机合成化学快速发展。
特别是赫克、根岸英一和铃木章发现的钯催化交叉偶联反应，为化学家们提供了一个更为精确有效的工具。三位科学家发现的钯催化交叉偶联反应中都使用了金属钯作为反应的催化剂，当碳原子与钯原子连在一起时，钯原子唤醒了“懒惰”的碳原子但又不至于使它太活泼，于是形成温和的碳－钯键，在反应过程中，钯原子又可以把别的碳原子吸引过来，形成另一个金属－碳键，此时两个碳原子都连接在钯原子上，它们的距离足够接近而发生反应，生成新的碳－碳单键。以下两个反应式代表了典型的两类钯催化交叉偶联反应。 上述两个反应的催化剂都是零价的金属钯，都使用卤代烃RX（或卤代烃的类似物）作为亲电偶联试剂。区别在于两个反应所选用的亲核偶联试剂，在反应（1）中，选用的是烯烃，反应（2）中则是一种有机金属化合物R〃M（M为Zn，B，Al 或Sn）。我们所熟知的赫克反应属于反应（1）这一类的交叉偶联反应，根岸反应和铃木反应属于反应（2）这一类。由于反应底物不同，三个反应的应用范围和适用途径也各不相同。 4．“钯催化的交叉偶联反应”内容及反应原理 （1）Heck反应 Heck反应以有机钯配合物为催化剂得到具有立体专一性的芳香代烯烃（图1）。反应物主要是卤代芳烃（碘、溴）与含有吸电子基团的烯烃。该反应的催化剂通常用Pd（0），Pd（II）或含Pd的配合物（常用醋酸钯和三苯基膦）。卤代烃首先与A 发生氧化加成反应，C-X键的断裂与Pd-C和Pd-X键的形成是同步进行的。氧化加成反应是偶联反应中最常见的决速步骤，经过氧化加成化合物A生成中间体B，B再经过配体解离，得到化合物RPdLX。RPdLX先与烯烃配位，然后再经烯烃插入，配
钯催化的交叉偶联反应——2010年诺贝尔化学奖简介
doi:10.3969/j.issn0253-9608.2010.06.005 钯催化的交叉偶联反应 ———2010年诺贝尔化学奖简介 肖唐鑫① 刘 立② 强琚莉③ 王乐勇④ ①②博士研究生,③博士,④教授,南京大学化学化工学院,南京210093 关键词 钯催化 偶联反应 诺贝尔化学奖 2010年10月6日,瑞典皇家科学院宣布将2010年诺贝尔化学奖授予美国科学家Richar d F.Heck,日本科学家Ei-ichi Ne g ishi和A kira Suzuki。这三名科学家是因为在有机合成领域中钯催化交叉偶联反应方面的卓越研究而获奖。它为化学家提供了一款精致的工具来合成复杂的有机分子。这一成果广泛应用于制药、电子工业和先进材料等领域。笔者对钯催化交叉偶联反应领域作了粗浅的介绍,以期起到抛砖引玉之作用。 2010年的诺贝尔化学奖揭晓后,很多专业人士对此 并不感到惊讶,认为这次的评选结果实乃众望所归。确实如此,三位科学家都已近耄耋之年,他们所做的贡献早已造福全球,按理早应摘取这个桂冠了。当瑞典皇家科学院在2010年10月6日宣布将诺贝尔化学奖颁发给美国科学家Richard F.Heck和日本科学家Ei-ichi Negishi,Akira Suzuki时,Heck所说的一句话———这是个圆满的结局———道出了所有人的心声。目前,钯催化的交叉偶联反应在全球的科研、医药生产、电子工业和先进材料等领域都有广泛应用。以在此领域有卓越贡献的科学家名字命名的有机反应对于从事化学的人来说是耳熟能详的,如Heck反应、Negishi反应、Suzuki反应、Stille反应、Kumada反应、Sonogashira反应以及Hiyama反应等等。 众所周知,有机合成化学以其强大的生命力制造出了几千万种新的物质,并且这个数目仍在迅速的膨胀,而有机合成化学的基础核心是新型、高效有机合成方法学的研究和发展。我们从21世纪这10年来三次与有机合成方法学相关的诺贝尔化学奖授予情况可以看出这一领域的重要性:2001年W.S.Knowles,R.Noyori 和K.B.Sharpless因在发展催化不对称合成研究方面获奖;2005年Y.Chauvin,R.H.Grubbs和R.R. Schrock因在发展烯烃复分解反应所作出的贡献而获奖;最后就是2010年的钯催化交叉偶联反应的获奖。下面对钯催化交叉偶联反应的早期研究、反应机理以及发展应用等做一个粗浅的介绍,以期达到抛砖引玉之作用。1早期研究 有机合成化学制造出的这几千万种新的物质绝大多数都是以碳原子为主来构建的。为了制备结构更复杂、功能更强大的新型材料,就要想办法通过各种化学反应将碳原子连接在一起。然而碳原子本身是十分稳定的,在化学反应中并不活泼,所以就得想办法来激活碳原子,让它更容易参与反应并与其他碳原子连接起来,逐步形成更高层次的碳基骨架。1912年,法国人Grignard因发明有机镁试剂(格氏试剂)而荣获诺贝尔化学奖,可以说是碳基活化史上的第一个里程碑。随着时代的发展,人们对碳基的研究愈加深入。在研究的前期,要么无法活化碳基,化合物难于参加反应;要么使碳原子过于活跃,虽然能有效地制造出很多简单的有机物,但要是合成复杂分子却有大量的副产物生成。正如大家所知,在有机合成操作中提纯是一项繁琐的工作。Heck,Negishi和Suzuki等人通过实验发现,当碳原子和钯原子连接在一起,会形成一种“温和”的碳钯键,在这里钯既活跃了碳基,又使其不至于过于活泼,然后又可以把别的碳原子吸引过来,这样使得两个碳原子距离拉近,容易成键而偶联起来。在这里钯原子就相当于“媒人”的作用,只需使用催化剂就行。所以“钯催化交叉偶联反应”就是一款精致的工具,让化学家得以像艺术家一样来雕刻和拼接类似积木的模块(小的基团),构筑令人叹为观止的艺术品(有机复杂分子)。与此同时还避免了过多不必要副产物的生成。 Heck1931年出生于美国麻省斯普林菲尔德(Spri- · 332·Chinese J ournal o f N ature V ol.32N o.6 Brief Introduction of No bel Prize
钯催化的偶联反应
AgNO3/KF作用下的Pd催化2-溴噻吩S原子邻位上的C-H键选择性偶联反 应 摘要： 溴噻吩的衍生物与芳基碘在加入了钯的硝酸银/氟化钾催化剂的催化下发生C—H键的偶联反应，而C—Br键未发生变化。这些含有C —Br键的偶联产物在钯的进一步催化下使溴噻吩和芳基碘的C—C键相连接从而得到理想的产量。 引言： 狭义上的偶联反应是涉及由基金属催化剂的C-C键生成的反应，根据类型不同，可分为交叉偶联反应和自身偶联反应。交叉偶联反应是一个有机分子与另一有机分子发生的不对称偶联反应。例如：烯丙基锂与2-氯辛烷可以发生交叉偶联反应生成4-甲基-1-癸烯。格利雅试剂、有机铝、有机锌、有机锡、有机铜、有机铅、有机汞等多种有机金属化合物也都可以与卤化烷等烃基化试剂发生交叉偶联反应，生成相应的不对称烃，是合成不对称烃，特别是单烷基芳烃和含有三级碳原子的链烃的有效方法。交叉偶联反应的范围很广，像芳烃重氮盐与苯酚或N,N-二甲基苯胺的偶联反应，也属于交叉偶联反应。
正文： 芳香族化合物与有机卤化物的C-H键取代反应和那些含金属试剂与相同的有机卤化物的偶联反应相比，在有机合成中更有前景。【1】相比之下，C-H键上的直接反应将有利于含有不同种类的官能团的衍生物的合成，并且，反应也会加强合成中原子的效应。我们注意到噻吩衍生物的偶联反应是发生在C-H键上，从而形成了联噻吩。在添加了AgF后，反应效率得到了提高。【2】当噻吩与2-溴噻吩反应生成正联溴噻吩时，仍然是C-H键发生偶联，而C-Br键未发生变化。我们的注意力集中到溴噻吩衍生物C-H键的交叉耦合上,来介绍噻吩环上的取代基。【3】溴噻吩上的C-H键偶联，如果可以通过C-Br键的反应而进一步改变偶联产物，那么C-H键和C-Br键的偶联反应的相互结合将得到一种新的合成取代噻吩的方法。这将把人们的注意力都吸引到设计更先进的有机金属材料来揭示液晶、光发射和有机半导体的特点。【4】在此，我们报告一个新的催化剂系统—AgNO3/KF，它有助于提高钯催化下溴噻吩衍生物C-H键的取代反应发的效率。 2-溴噻吩与对甲氧基碘苯的反应在添加了钯催化剂的含AgF的条件下进行。在60℃的条件下搅拌5小时后，将得到占总产物50%的正偶联产物。类似的反应如用AgNO3/KF来替代AgF，将会得到占总产物42%的上述产物。值得注意的是尽管最后的终产物是适度的，我们并没有发现C-Br键上有反应发生，而是在溴噻吩的与S原子相邻的C-H 键上有反应发生。噻吩衍生物的芳基化反应是在钯和体积较大的磷化氢配合基的混合物催化下在150℃利用Cs2CO3作为碱的反应条件下
有机合成中钯催化下的交叉偶联反应
有机合成中钯催化下的交叉偶联反应 －2010年诺贝尔化学奖简介 陈明华 ( 兴义师范学院化学生物系，贵州兴义 562400) 摘要:介绍了2010年诺贝尔化学奖的科学背景，即“有机合成中钯催化下的交叉偶联反应”的产生、发展和应用，体现了有机化学已经发展成为一门艺术形式，在这个形式下，科学家们在试管里创造性的产生出不可思议的化学物质的过程。 关键词:钯催化剂；交叉偶联反应；赫克反应；铃木反应；根岸反应 Palladium-Catalyzed Cross Couplings in Organic Synthesis CHEN Ming-Hua (Department of Chemistry and Biological, Xingyi Normal College, Xingyi, Guizhou 562400) Abstract: This paper introduces scientific background of the Nobel Prize in Chemistry for 2010, it’s palladium-catalyzed cross couplings in organic synthesis.And this fack had been presents that “Organic chemistry has developed into an art form where scientists produce marvelous chemical creations in their test tubes”. Key words: palladium catalyst; cross-coupling reaction; heck reaction; suzuki reaction; negishi reaction 2010年10月6日，瑞典皇家科学院决定授予美国特拉华大学(University of Delaware) 理查德-赫克(Richard F. Heck), 普渡大学(Purdue University)根岸荣一(Ei-ichi Negishi)和日本北海道大学(Hokkaido University)的铃木彰(Akira Suzuki)三位教授2010年的诺贝尔化学奖，以表彰他们在“有机合成中钯催化下的交叉偶联反应”作出的贡献[1]。 碳元素是构成生命的主要物质，这些物质是以C-C键（单键或双键）为基础，形成各种形式的碳胳化合物。人们要想制备新药物、新材料、生物分子和了解生命的过程，最先的方法就是合成一系列碳胳化合物。可见，以简单的有机原料为基础，通过化学反应合成更复杂的化合物（增长碳链），是十分重要的，这种重要性体现在过去历年授予的诺贝尔化学奖：格利雅试剂(Grignard reagent,) 维狄反应(Wittig reaction, 1979年)，烯烃的转位反应(Olefin metathesis, 2005年)[1]。 作者简介：陈明华（1966，3－），男，兴义师范学院化学生物系教师，理学硕士，高级实验师、教授。主要研究方向：有机合成。
钯催化下的交叉偶联反应
钯催化下的交叉偶联反应 摘要:钯催化交叉偶联反应是一类用于碳碳键形成的重要化学反应，在有机合成中应用十分广泛。本文综合概述了钯催化交叉偶联反应的原理和发展，简单介绍了它的应用领域。 关键词:钯催化剂；交叉偶联反应；赫克反应；铃木反应；根岸反应 引言 2010年10月6日，瑞典皇家科学院决定授予美国特拉华大学理查德-赫克(Richard F. Heck), 普渡大学根岸荣一(Ei-ichi Negishi)和日本北海道大学的铃木彰(Akira Suzuki)三位教授2010年的诺贝尔化学奖，以表彰他们在“有机合成中钯催化下的交叉偶联反应”作出的贡献。 碳是构筑有机物和生命的基本材料，通过在“碳骨架”上嫁接其他功能性“化学模块”，有机物和生命体方才表现出千变万化的特质。化学家，特别是有机化学家们要做的，就是以人工手段，将各种物质分子以碳化合物“裁剪”、“缝合”，创造出自然界所不存在的新物质。但是要“裁剪”碳并不简单。碳原子非常稳定，它们之间要联接起来，必须要找到一种让碳原子活跃起来的方法。2010年度的三位获奖化学家，就是利用钯来作为催化剂。钯催化剂的作用，先是相当于一把剪刀，剪断碳化学键，然后再如针线一般，把新的功能性基团“缝制”到剪开的碳骨架上。 1、早期研究 碳元素是构成生命的主要物质，这些物质是以C-C键（单键或双键）为基础，形成各种形式的碳胳化合物。人们要想制备新药物、新材料、生物分子和了解生命的过程，最先的方法就是合成一系列碳胳化合物。可见，以简单的有机原料为基础，通过化学反应合成更复杂的化合物（增长碳链），是十分重要的，这种重要性体现在过去历年授予的诺贝尔化学奖：格利雅试剂(Grignard reagent,) 维狄反应(Wittig reaction, 1979年)，烯烃的转位反应(Olefin metathesis, 2005年)[1]。 有机合成化学制造出的这几千万种新的物质绝大多数都是以碳原子为主来构建的。为了制备结构更复杂、功能更强大的新型材料, 就要想办法通过各种化学反应将碳原子连接在一起。然而碳原子本身是十分稳定的, 在化学反应中并不活泼, 所以就得想办法来激活碳原子, 让它更容易参与反应并与其他碳原子连接起来, 逐步形成更高层次的碳基骨架。1912 年, 法国人Grignard 因发明有机镁试剂( 格氏试剂) 而荣获诺贝尔化学奖, 可以说是碳基活化史上的第一个里程碑。随着时代的发展, 人们对碳基的研究愈加深入。在研究的前期, 要么
磁性钯催化剂对Suzuki_Miyaura偶联反应的催化作用_俞洋
第３６卷 第４期华侨大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．４ ２０１５年７月Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕａｑｉａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）Ｊｕｌ．２０１５ 文章编号：１０００－５０１３（２０１５）０４－０４４９－０６ ｄｏｉ：１０．１１８３０／ＩＳＳＮ．１０００－５０１３．２０１５．０４．０４４９ 磁性钯催化剂对Ｓｕｚｕｋｉ－Ｍｉｙａｕｒａ 偶联反应的催化作用 俞洋１，吴翠玲１，王震１，张莹雪２，钱浩１ （１．华侨大学材料科学与工程学院，福建厦门３６１０２１； ２．华侨大学信息科学与工程学院，福建厦门３６１０２１） 摘要： 以四氧化三铁／聚苯乙烯核壳结构的纳米微球为载体，通过傅克反应在其表面修饰高活性的大位阻Ｎ 杂环卡宾配体，并利用Ｓｕｚｕｋｉ－Ｍｉｙａｕｒａ偶联反应考察此催化剂的综合性能．研究结果表明：制备的负载催化剂 易于分离，对溴代芳烃表现出极高的催化活性，对低活性的氯代芳烃也有良好的催化效果，且具有良好的可重 复使用性． 关键词： 负载催化剂；磁性载体；纳米微球；Ｎ杂环卡宾；Ｓｕｚｕｋｉ－Ｍｉｙａｕｒａ反应；钯复合物 中图分类号： ＴＱ ４２６．８１文献标志码： Ａ 在Ｓｕｚｕｋｉ－Ｍｉｙａｕｒａ偶联反应中，钯催化剂起到举足轻重的作用．经过数十年的发展，尽管均相催化剂的活性和对底物的适应性已经取得很大进步，但其难以分离的缺点依然非常突出［１－４］．负载型钯催化剂是解决上述问题的一个重要途径［５－８］．纳米尺寸的磁性载体是一种优良的催化剂载体，它所具备的超顺磁性，在外加磁场的情况下可以快速分离，而撤掉外加磁场后，载体可以通过简单的方法进行再分散，具有极好的可回收特性．此外，纳米尺寸的载体提供了较大的比表面积，有效地减小了反应的传质阻力，可以充分保持催化剂的催化活性［９－１０］．就Ｓｕｚｕｋｉ－Ｍｉｙａｕｒａ偶联反应而言，负载型催化剂大致可以分为两个主要类型：纳米钯负载催化剂和有机金属化合物型负载催化剂．纳米钯催化剂通常表现出较高的活性，但是副反应较多，稳定性不足［１１］．有机金属化合物类负载催化剂，一般是让载体修饰可以结合金属钯原子的配体结构，两者结合以后形成催化活性单位．Ｎ杂环卡宾是近十年发展起来的一种新型配体，具有成本低廉、制备简单、毒性小、稳定性高等优点．它与膦配体一样，是优良电子供体，在一定程度上可以取代叔膦配体，常被称为“仿膦配体”［１２－１３］．本文研究固体磁性钯催化剂对Ｓｕｚｕｋｉ反应的催化作用． １ 实验部分 １．１ 主要实验原料 苯乙烯（减压蒸馏后备用）；二乙烯基苯（减压蒸馏后备用）；过二硫酸钾；七水合硫酸亚铁；六水合三氯化铁；氨水（质量分数为２５％～２８％）；无水乙醇；十二烷基磺酸钠；十六烷；碳酸钾；氢氧化钾；２，６－二异丙基苯胺；乙二醛（质量分数为４０％的水溶液）；多聚甲醛；甲醇；甲酸（质量分数为８０％）；乙酸乙酯；３－氯吡啶；Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺；三氯甲烷；氯化钯；异丙醇（上海市国药集团化学试剂有限公司）． １．２ 实验仪器 ＲＣＴ型磁力搅拌器（德国ＩＫＡ集团）；ＲＷ２０型悬臂式搅拌器（德国ＩＫＡ集团）；ＫＱ－１００Ｅ型超声波清洗器（江苏省昆山市超声仪器有限公司）；ＴＧＡ－５０型热重分析仪（日本岛津公司）；ＳｍａｒｔＬａｂ型Ｘ射线衍射仪（日本理学株式会社）；ＡＡ－７０００型原子吸收分光光度计（日本岛津公司）；６８９０型气相色谱仪（美国安捷伦科技有限公司）；７８５０型透射电子显微镜（日本日立公司）． 收稿日期： ２０１４－１２－１７ 通信作者： 钱浩（１９７４－），男，教授，博士，主要从事高分子化学的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｑｕｑｈ＠１２６．ｃｏｍ． 基金项目： 福建省自然科学基金资助项目（２０１３Ｊ０１０４６）
贵金属钯Pd催化的偶联反应
通过调整钯催化剂的反应条件(温度、溶剂、配体、碱和其他添加剂)，可使钯催化成为有机化学合成中用途广泛的工具。 其中，钯催化的交叉偶联反应彻底改变了分子的构造方式。从有机合成和药物化学领域，到材料科学和聚合物化学，交叉耦合已经影响到多个科学领域。在偶联反应中，钯催化剂不但可以形成C-C、C-O、C-N和C-F等碳键，而且对各种官能团具有很高的耐受性，通常能够提供良好的空间和区域特异性，可以不用引入保护基团。 常用的偶联反应包括Heck偶联、Suzuki偶联、Stille偶联、Hiyama偶联、Sonogashira偶联、Negishi偶联、Buchwald-Hartwig胺化等等。具体反应如下所示： 1、Negeshi偶联反应(C-C) [1] （其中，R/R’可以是烷基、烯基、芳基、烯丙基、炔基或炔丙基，X/X’可以是氯、溴、碘或其他基团，催化剂是 钯） 2、Suzuki偶联反应(C-C) [2] (其中，R可以是烯基，芳基或烷基，R’可以是烯基，芳基、炔基或烷基，Y可以是烷基，羟基或者氧烷基，X可 以是氯、溴、碘或三氟甲磺酸)
3、Stille偶联反应(C-C) [3] （其中，R可以是烯基、芳基、酰基，R’可以是烯基、芳基或者烷基，R’’可以是烷基，X可以是氯、溴、碘或者三氟甲磺酸） 4、Buchwald–Hartwig偶联反应(C-N/C-O)[4] （其中，R是芳基，R’可以是邻、间芳基或烷基，R”可以是烷基或芳基，X可以是氯、溴、碘或者三氟甲磺酸）5、Heck偶联反应(C-C) [5] （其中，R可以是烯基、芳基和不含有β氢的烷基，R’可以是烯基，芳基和烷基，X可以是氯、溴、碘、三氟甲 磺酸、对甲基苯磺酰氯或者N2+） 6、Sonogashira偶联反应(C-C) [6] （其中，R可以是烯基或者芳基，R’可以是H、炔基、芳基、烷基或者硅烷基，X可以是氯、溴、碘或者三氟甲 磺酸）
钯催化的碳—碳偶联反应研究简介
钯催化的碳—碳偶联反应研究简介 在有机化学中，C-C键的形成是有机合成研究的重要内容，而过渡金属钯催化的偶联反应则是形成C-C键的一种有效手段。目前钯催化的偶联反应已在科研、医药生产等领域得到广泛应用。偶联反应的种类较多，文章主要内容是简单介绍过渡金属钯在以下几种碳碳偶联反应以及合成中的应用。 标签：钯催化；碳-碳键；偶联反应 前言 与一般催化剂相同，过渡金属催化的有机反应也只是改变了化学反应的速度，降低了反应的活化能，使原来难于发生的反应变得容易进行。 过渡金属催化的有机反应常常具有很高的选择性，这种选择性决定了其在未来的偶联反应中具有更广阔的发展空间，概括其选择性主要有以下几点：包括化学选择性、区域选择性和立体选择性。文章以下便针对常用的几种偶联反应进行简要分析。 1 常用偶联反应简介 1.1 Stille偶联反应 Stille偶联反应是有机锡化合物和不含β-氢的卤代烃（或三氟甲磺酸酯）在钯催化下发生的交叉偶联反应。其机理最初就是由Stille根据转金属复合物的决速步骤而提出的四步循环机理。 四（三苯基膦）合钯（0）是最常用的钯催化剂。对于Stille交叉偶联反应还有一个有趣的现象就是添加物对这个反应有很大的影响，尤其是铜的添加物，对反应起着很大的作用，在反应过程中Cu与反应媒介生成了更加活泼的铜媒介，使得反应更易发生。 1.2 Negishi偶联反应 Negishi交叉偶联反应有机锌试剂与卤代烃在钯配合物的催化下发生偶联反应，生成新的碳-碳键。最早的报道见于1977年，这个反应可以进行Csp3-Csp2，也可以进行Csp3-Csp3之间进行的碳-碳键偶联。 反应整体上经过了卤代烃对金属的氧化加成、金属转移与还原消除这三步。这个反应的卤代物的活性顺序为Zn>Mg>>Li。对于锌试剂在温和条件下就能发生反应。与格式试剂相比，锌试剂在官能团容忍度上更胜一筹。用含钯催化剂时，通常产率较高，对官能团的耐受性也比较好。