偶联反响[编辑]偶联反响,也写作偶合反响或耦联反响,是两个化学实体〔或单位〕结合生成一个分子的有机化学反响狭义的偶联反响是涉及有机金属催化剂的碳-碳键形成反响,依据类型的不同,又可分为穿插偶联和自身偶 联反响 在偶联反响中有一类重要的反响,RM〔R = 有机片段, M = 主基团中心〕与 R”X 的有机卤素化合物反响,形成具有碳-碳键的产物 R-R”[1] 由于在偶联反响的突出奉献,根岸英一、铃木章与理查德·赫克共同被授予了 2010 年度诺贝尔化学奖 [2]偶联反响大体可分为两种类型:· 穿插偶联反响:两种不同的片段连接成一个分子,如: 溴苯 (PhBr) 与氯乙烯 形成苯乙烯(PhCH=CH2)· 自身偶联反响:一样的两个片段形成一个分子,如:碘苯 (PhI)自身形成 联苯 (Ph-Ph)反响机理[编辑]偶联反响的反响机理通常起始于有机卤代烃和催化剂的氧化加成其次步则是另一分子与其 发生金属交换,马上两个待偶联的分子接于同一金属中心上最终一步是复原消退,即两个 待偶联的分子结合在一起形成分子并再生催化剂不饱和的有机基团通常易于发生偶联,这是由于它们在加合一步速度更快中间体通常不倾向发生 β-氢消退反响。
[3]在一项计算化学争论中说明,不饱和有机基团更易于在金属中心上发生偶联反响[4]复原消除的速率凹凸如下:乙烯基-乙烯基 > 苯基-苯基 > 炔基-炔基 > 烷基-烷基不对称的 R-R′ 形式偶联反响,其活化能垒与反响能量与相应的对称偶联反响R-R 与R′ -R′ 的平均值相近,如:乙烯基-乙烯基 > 乙烯基-烷基 > 烷基-烷基另一种假说认为,在水溶液当中的偶联反响其实是通过自由基机理进展,而不是金属-参与机理[5]§催化剂[编辑]偶联反响中最常用的金属催化剂是钯催化剂,有时也使用镍与铜催化剂钯催化剂当中常用的如:四(三苯基膦)钯等钯催化的有机反响有很多优点,如:官能团的耐受性强,有机钯化合物对于水和空气的低敏感性如下一些关于钴催化的偶联反响的综述[6],钯[7][8][9][10][11]和镍[12]介导的反响以及它们的应用[13][14]§离去基团[编辑]离去基团X 在有机偶联反响中,常常为溴、碘或三氟甲磺酰基较抱负的离去基团为氯,因有机氯化合物相对其他的这些离去基团更廉价易得与之反响的有机金属化合物还有锡、锌或硼§操作条件[编辑]虽然大多的偶联反响所涉及的试剂都对于水和空气极其敏感,但不行认为全部的有机偶联反响需要确定的无水无氧条件。
有些有机钯介导的反响就可在水溶液中,使用三苯基膦和硫酸制备的磺化膦试剂进展反响[15] 总体来讲,空气中的氧气能够影响偶联反响,这是由于大多这类反响都是通过不饱和金属络合物发生反响,而这些络合物都不满足18 共价电子的稳定构造偶联反响类型[编辑]常见的偶联反响包括:反响名称反响物 B类型类型催化剂备注武兹反响R-XR-X自身以 Na 消退反响物的卤原子格拉泽偶联反响RC≡ CHRC≡ CH自身Cu氧气作为H 受体乌尔曼反响Ar-XAr-X自身Cu高温冈伯格-巴克曼反应Ar-HAr-N X自身需碱参与2Cadiot-Chodkiewic z 偶联反响RC≡ CH RC≡ CX 穿插 Cu 需碱参与RC≡ CHR-X穿插需碱参与CuR-Zn-XR-X穿插Pd or NiR-SnR3R-B(OR)2R-XR-X穿插穿插PdPd需碱参与R-SiR3R-X穿插Pd需碱参与Castro-Stephens 偶联反响RC≡ CHAr-X穿插Cu吉尔曼试剂偶联反响R2CuLiR-X穿插Cassar 反响烯烃R-X穿插Pd需碱参与熊田偶联反响〔Ar-MgBrAr-X穿插Pd or Ni赫克反响烯烃R-X穿插Pd需碱参与Pd and薗头偶联反响根岸偶联反响施蒂勒反响铃木反响Hiyama 偶联反响Buchwald–Hartwig偶联反响R2N-RSnR3R-X穿插PdN-C 偶联反响福山偶联反响RCO(SEt)R-Zn-I穿插Pd偶联反响——《百度百科》自由基偶联反响酯等羰基化合物在金属复原下,会形成双分子偶联产物〔偶姻反响〕。
例如:OOHCOOEt Na, PhCH3COOEt COOEtOHNa, PhCH3O芳基重氮盐与不饱和化合物在氯化亚酮的作用下,可以发生芳基化反响〔 Meerwein 反响〕例如:+PhN +2OCOCH3CH3CuCl 37oCH C3 PhOO2NN + Cl-2NOOO2CuCl+ 35-45%O O1924 年 Gomberg 和 Bachmann 觉察,芳香重氮盐在碱性条件下与其它芳香族化合物偶联生成联苯或联苯衍生物反响是通过自由基历程进展的N2+Cl- +NaOH五、过渡金属催化偶联反响偶联反响〔Coupling reaction〕是两个化学实体〔或单位〕结合生成一个分子的有机化学反响狭义的偶联反响是涉及有机金属催化剂的碳-碳键生成反响,依据类型的不同,又可分为穿插偶联和自身偶联反响下面对各种偶联反响作简洁介绍1〕Wurtz-Fittig 反响1855 年,法国化学家 Wurtz 觉察卤代烷和金属钠作用后,生成了含碳原子数增加 1 倍的烷烃上述反响对伯卤代烷较为适宜,叔卤代烷则形成烯烃反响可能形成有机钠中间体, 属于 SN2 历程例如:I Na, PhC3H2 EtOOCCOOEtEtOOC德国化学家费提希用金属钠、卤代烷和卤代芳烃一起反响,得到了烷基芳烃,称为“武尔兹-费提希反响”。
本法收率较高,副产物简洁分别,是一种重要的制备烷基芳烃方法2〕Glaser 偶联反响1869 年,Glaser 觉察末端炔烃在亚铜盐、碱以及氧化剂作用下,可以形成二炔烃化合物例如:CuCl, NH 4Cl O260%3) Ullmann 反响Ullmann 偶合反响是有机合成中构建碳—碳键最重要的方法之一Ullmann 偶合反响首次报道 1901 年, 它通常是利用铜作为催化剂, 催化卤代芳烃发生偶合反响生成联苯及其衍生物一般反响式为:2 ArX Pd(0)或Pd(II) Ar-Ar X= C、lBr、I目前该反响的底物范围、反响条件以及催化剂等都有了较大的改进例如:10mol%PdCl2(PPh)3NC OTfZn, DMF,90oC, 4hNC CN 85%4) Cadiot-Chodkiewicz 偶联反响炔基卤化物与末端炔烃在亚铜盐催化下,可以形成二炔烃例如:CuClR CBr + HC R”NH2OH.HCl R R”R = CH3(CH2)13; R” = CH2CH2CH2COOH5) Castro-Stephens 偶联反响76%反响性较低的芳基卤化物与炔化亚铜反响,可生成收率很高的炔基芳香化合物。
6) Kumada 偶联反响格氏试剂与卤代烃在Ni 或Pd 催化下,会发生偶联反响该反响由Kumada 在 1972 年觉察X格氏试剂与卤代烷烃、乙烯基卤、卤代芳烃在 Ni 催化下的偶联反响,本钱低,易于工业化不过,该反响局限于哪些直接不会与格氏试剂反响的卤代烃因此,该反响在合成苯乙烯型化合物以及不对称联苯型化合物时比较适用MgBrNi or Pd+R R”R R”ClCl+ 2 n-BuMgBrNiCl2(dppe)在 Pd 催化下,卤代烃的反响性大小挨次为:I >Br >Cl;而在 Ni 催化下,其活性挨次为:Cl> I> Br上式中dppe 为Ph PCH CH PPh 的缩写2 2 2 27) Heck 反响Heck 反响是一类重要的卤代芳烃烯基化、形成的 C—C 键的合成反响,1972 年由Heck 觉察,近几年来始终是催化化学和有机化学的争论热点Heck 反响是由一个不饱和卤代烃〔或三氟甲磺酸盐〕和一个烯烃在碱和钯催化下生成取代烯烃的一个反响催化剂主要有氯化钯,醋酸钯,三苯基膦钯,CuI 等;载体主要有三苯基膦,BINAP 等;所用的碱主要有三乙胺,碳酸钾,醋酸钠等溶剂以DMF、NMP 等极性非质子溶剂为主。
CONH2+ ArIPd(OAc)2, Bu4NBrCONH2ONK2CO3, H2O ArONI8) Sonogashira 偶联反响10mol% CuI, K2CO3 NMP, 150oC54%Sonogashira 反响是一类由金属钯催化的末端炔烃与 sp2 型碳的交联耦合反响,是目前合成 C—C 键的主要方法之一Sonogashira 反响一般利用均相钯盐作催化剂,在肯定量的CuI 和适当量的胺碱存在下在极性溶剂介质中进展的例如,Pd/C 作为一种格外高效的催化剂,在 PPh3 存在的条件下,可催化多种炔烃与 4-溴-6-甲基-2-吡喃酮反响,可高产率地得到目标产物,产率高到达 80%~90%OO9) Negishi 偶联反响Br + RPd/C 2 mol%, Ph 3P, CuI Et3N, CH3CN, reflux 3 hORONegishi 反响是一类由Ni 或 Pd 催化的有机锌试剂与卤代烃间的偶联反响,适用于制备不对称的二芳基、二芳基甲烷、苯乙烯型或苯乙炔型化合物卤代杂环芳烃也可以进展类似的反响常见的反响类型如下所示:R ZnCl + R”CH2XNi or PdR R”R +ZnClR ZnClArX+ ArXNi or Pd RArNi or PdR ArRArZnCl + XNi or Pd RAr10) Stille 偶联反响X= Cl, Br, I, OTsStille 反响是有机锡化合物和不含β-氢的卤代烃〔或三氟甲磺酸酯〕在钯催化下发生的穿插偶联反响。