关于Suzuki反应
勒纳指数1 Suzuki的详细介绍
自从1979年Suzuki等报道了通过钯催化的有机硼化学物和卤代烃可以在很温和的条件下发生偶联反应制备不对称联芳烃以后,为芳-芳键的形成展开了一个新的领域。目前,Suzuki-Miyaura交叉偶联反应已逐渐成为现代有机合成中关于碳-碳键的生成的最为有效的方法之一。最近十年来,Suzuki-Miyaura交叉偶联反应通常是在很温和的条件下,不受水以及很多官能团的影响,这种反应被大量用在实验室制备药物以及精细化工中合成大量的有用的有机中间体。尽管还有别的方法如Heck偶联反应,Negishi偶联反应,Stille偶联反应,Himama偶联反应,Sonogashira偶联反应和Kumuda偶联反应等也可以达到同样的目的。但是成都玉林Suzuki-Miyaura偶联反应被证明是目前制备联芳基及其衍生物最为广泛利用的方法,与其他钯催化的偶联反应相比,Suzuki-Miyaura偶联反应主要有以下几个优点:首先,反应条件相对较温和而且所用的各种硼酸及其衍生物相对于其他偶联反应中所用的有机金属试剂对环境是很稳定的,容易保存,也容易处理。其次,反应的后处理很容易,且含硼副产物相对于别的有机溶剂容易除去,这对于工业生产来说是很有优势的。再次,反应中所用到的硼试剂相对于很多的官能团(例如羰基,羟基,氨基等)都是很稳定的,这
是由于硼原子的电负性(2.0)接近碳原子的电负性(2.5),而大大高于锂,镁以及大多数其他的过渡金属原子(电负性值介于0.85-1.75之间)。最后,由于其使用的是低毒性的硼试剂并产生无毒的硼副产物,为用绿色化学合成碳-碳键提供了一条有效途径。
Suzuki-Miyaura交叉偶联的反应机理通常是被认为是一个普通的催化循环过程这个过程主要包括三个步骤,它们分别是:(1)氧化加成(oxidative addition);(2)转移金属化(transmetalation奇淫巧技);(3)还原消除(reductive elimination)。在这个循环过程中氧化加成通常被认为是反应的控制步骤,因此不难理解卤代芳烃反应速度的排列顺序是碘代芳烃>溴代芳烃>氯代芳烃。当然,这个反应的活性很大程度上受到芳环上取代基性质的影响,即推电子基团与供电子基团以及空间位阻的影响。通常来说,相同结构的卤代烃,芳环上的负电荷越强,空间位阻越大,则反应越慢。
当然还有其他方面的影响,如反应中所用的碱的碱性、催化剂的价态、配体以及所用的溶剂都对Suzuki-Miyaura交叉偶联反应有很大的影响。下面我们举例来讨论各种条件对反应的影响。
在1944宣传片方案年,Wallow和Novak证明膦配体的阻滞在Suzuki-Miyaura交叉偶联反应限制催化效果中起到关键作用,他们证明温和的、有效的催化剂可以在没有膦配体的情况下进行
反应,在他们的研究中证明了反应速率还与反应所在环境的PH值有很大的关系,例如他们用碳酸钾代替碳酸氢钾使得反应的速率有所提高。
在1944年Smith极其合作者对Suzuki-Miyaura交叉偶联反应进行了深入的研究,当他们在合成一种新的治疗高血压药的反应中,他们发现在Suzuki-Miyaura交叉偶联中所用的碱的PKa值接近于10(例如强碱碳酸盐)对反应有利,然而当使用碳酸氢盐时(PKa接近于6)反应将不是很好,考虑到苯硼酸的PKa值接近于8.8,他们认为当PH值为9时反应最佳。苯硼酸将转化为三羟基苯硼酸盐,认为这种负离子比中性的硼酸更有利于反应。
Kinetic的研究证明了水的含量和碱的存在对提高硼酸的反应活性是必需的。他们认为用1mol的水和1mol的碳酸盐在反应开始时产生对提高硼酸负离子是必要的。Kinetic的研究证明了水的含量和碱的存在对提高硼酸的反应活性是必需的。他们认为用活动英语1mol的水和六核处理器1mol的碳酸盐在反应开始时产生对提高硼酸负离子是必要的.
最近,Suzuki在其前面所研究的烯烃偶联的基础上提出了另一个催化循环过程(如图1.3.4)。这个机理在氧化加成和金属转换之间加入了配体交换的步骤。
这种催化循环的机理现在已经被广泛的接受了,主要是由于在这个催化循环中的几个有用的体都被分离出来了,而且鉴定了他们的结构。
2 Suzuki的应用领域
1)钯催化的芳基硼酸的自偶联合成对称芳烃
应用Suzuki-Miyaura交叉偶联反应的主要不足在于硼酸及其衍生物的制备不便。通常有两种方法:(1)通过丁基锂等强碱和卤代衍生物反应生成相应的金属盐,然后与三烷基硼酸酯反应,然后酸解;(2)通过芳基格氏试剂与三烷基硼酸酯反应;得到的芳基硼酸酯经过酸解而得到芳基硼酸。
钯催化的Suzuki-Miyaura交叉偶联反应并非用于合成对称性联芳基化合物,因为其他的方法通常比这种方法更有竞争力。1994年Song和Worg成功的将自偶联应用于制备低聚物,他们利用呋喃硼烷在钯催化下发生自偶联反应。在此反应中加入了二溴甲基芳烃,使得呋喃硼烷自偶联。他们认为反应机理包括了一系列的氧化加成、金属转换作用以及还原消除等。
Moreno和Manas等报道了零价钯催化下的芳基硼酸可以转化为对称的联芳基化合物。在所有的实例中都没有碱和溴甲烷基化合物存在,他们的研究还表明:吸电子强的取代基得到较低的产率而很多给电子集团(OMe)得到较高的产率,同时他们还观察到氧气可以加速反应。他们的反应机理如图所示:
(中国大学面积排名2)芳基硼酸与卤代芳烃的Suzuki-Miyaura交叉偶联反应\
自从1981年被Suzuki报道以后,Suzuki-Miyaura交叉偶联反应主要应用于不对称联芳烃的合成,在以 为催化剂通过卤代芳烃和芳基硼酸的偶联反应得到了很多有趣的研究结果。这些结果基本上可以分为两类:一是联苯基、联萘基及其衍生物的合成,二是含杂原子(如氮、氧、硫等)的联芳烃的合成。
1、 不对称联芳烃的合成
Suzuki提出了这种类型的反应条件即用硼酸与卤代芳烃在化学计量的碱存在下Pd(0)为催化剂(通常以三苯基膦为配体)发生偶联反应,后来这种反应广泛应用于联苯、联萘的合成。1995年,Tschierske等人应用这种方法成功的合成了带糖基的芳基化合物。这种方法对许多敏感的基团,例如甲醛、硅烷都不受影响。
恋爱性格测试最近,Hird等人又通过Suzuki-Miyaura交叉偶联反应将7-碘吲哚满二酮合成了联芳氨酸。
2、含杂原子的联芳基合成
最近Suzuki-Miyaura交叉偶联反应也被大量的应用于合成含杂环原子联芳基化合物。这类结构非常重要,因为它们常包含在大量的具有生物活性的天然药物和配体中。早期吡咯
的芳基化就是通过卤代芳烃与吡咯硼酸的偶联而实现的。在直接从1-(苯磺酰基)-吡咯-2-硼酸中使用LDA处理被证明是无效的,2-吡咯和3-吡咯硼酸可以通过受保护的吡咯和卤代芳烃偶联可以得到较好的产率。
Suzuki-Miyaura交叉偶联反应也可被大量用于吲哚分子的芳基化。虽然含氮原子化合物的芳基化由于其潜在的生物活性以及在配体方面的独特用途一直被作为一个研究的热点。然而,最近一些含硫或氧原子的化合物的芳基化也逐渐引起一些研究者的兴趣。