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1、 目录摘要1关键词11前言12三个重要发展阶段22.1发现钯催化效应22.2赫克反应22.3进一步发展23形成C-C健研究进展23.1钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健23.1.1有配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健33.1.2无配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健33.1.3负载体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健化43.2 钯催化Heck偶联反应合成C-C健43.2.1负载体钯催化Heck偶联反应合成C-C健53.2.2有配体钯催化Heck偶联反应合成C-C健53.3其他钯催化偶联联反应合成C-C健反应54 形成C-N健研究进展64.1钯催化Suzuki偶联反应合成C
2、-N健64.1.1有配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健64.1.2无配位钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健64.1.3负载体钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健74.2钯催化Heck偶联反应合成C-N健74.2.1负载体钯催化Heck偶联反应合成C-N健74.2.2无配体钯催化Heck偶联反应合成C-N健74.2.3有配体钯催化Heck偶联反应合成C-N健74.3其他钯催化偶联联反应合成C-N健反应85形成C-O健进展85.1钯催化Heck偶合反应形成C-O健86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
3、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 catalyzedMingzhu LeAbstract:Palladium catalyzed coupling reaction is a kind important chemical reactions of used for carbon-carbon bonds to form,carbon-nitro
4、gen 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 palladi
5、um catalyzed.Keywords:palladium catalyzed coupling reaction research progress1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
6、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团,而是直接选择性地断裂C-H键,进一步地发生其它反应,这样就能高效地构筑化合物，提高反应效率和原子经济性.本文综述了钯催化偶联反应下形成碳碳键,碳氮健和碳氧健研究进展,简约论述钯催化的发展.主要论述了钯催化Suzuk
7、i偶联反应、钯催化Heck偶联反应和Ullmann 偶合反应等反应和成C-C健、C-N健和C-O健的研究进展.2三个重要发展阶段2.1发现钯催化效应大约100年前,法国的化学家维克多格林尼亚发现,将一个碳原子同一个镁原子偶联在一起,就会将镁原子额外的电子推向碳原子,从而使得它能够更容易与另外一个碳原子连接在一起,不过,科学家们却发现,这种方法在合成简单的分子时起到了很好的效果,但是相对于对更为复杂的分子在进行设计合成时,却在试管里检测到了很多并不需要的产品1.2.2赫克反应 早在上世纪60年代,赫克就为钯催化偶联反应奠定了基础,1968年,他报告了一种新的叫做赫克反应的化学反应,该反应中使用钯
8、作为主要的催化剂来使碳原子连在一起.2.3进一步发展 1977年,根岸英一对赫克反应成果进行精练,他用一种有机氯化物作催化剂;两年后，日本化学家铃木章(Akira Suzuki)发现使用有机硼化合物作催化剂的效果会更好.3形成C-C健研究进展3.1钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健 金属 Pd 催化的 Suzuki-Miyaura 反应是碳-碳偶联反应中重要的反应2.卤代芳烃Ar-X与 Pd首先进行氧化加成反应,生成卤代中间体 Ar-Pd-X,然后与碱反应生成有机钯氢氧化物的中间体 Ar-Pd-OH,其含有含强极性Pd-O键,具有较强的亲电性,同时芳基硼酸同碱作用生成的另一中间体 Ar C
9、-B（OH）3,有较强的富电性,利于阴离子向 Ar-Pd-OH 中心转移，与 Ar-Pd-OH作用生成了B（OH）4.最后,B（OH）4经过还原消除,得到了目标产物 Ar- Ar 和催化剂 Pd. 一般情况下,结构相同的卤代烃,若芳环上的负电性越强，其空间位阻就越大,反应速度就越慢.3.1.1有配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健 由金属 Pd有未充满的 4d 轨道,能与多种组分生成配合物,通过改变配体和反应物的组成,可使许多不容易发生的反应顺利地进行,较高的选择性和反应活性. 张颖之等3以三种手性膦作为配合制成的新配合物,催化的萘醇得到溴萘醇,再催化得到-溴-苄氧基萘与其衍生物得到的格
10、林试剂偶联反应合成了,-二苄氧基-,-联萘.含氮配体催化剂的反应,因膦配体对空气和水敏感,且有较大毒性，反应需要在惰性气体中才能有效进行,而且为了保持催化剂稳定需要不断补充含氮金属络合物体配或膦配体.近年来探索出的较为成功的一类仿膦新配体,是崔元臣等 4 用聚氯乙烯与二乙烯三胺反应，再与 PdCl2反应生成 PVC-DETA-Pd 配合物,在没有惰性气体作保护的环境中该配合物,在 90时,以 DMF 水溶液为溶剂,以 NaHCO3作碱,能定量催化活性较高的碘代苯,对未活化的溴代苯也能定量催化,催化剂回收利用8次后,收率仍可达 94%.N,P 配位的钯催化Suzuki反应效率较高,近几年,各种各
11、样同时含氮、磷的 Pd催化剂不断被合成生产出来,广泛应用于Suzuki 偶联反应中,龚军芳等5 将三苯基膦同环钯化二茂铁亚胺反应,合成的三种新的环钯化二茂铁亚胺 - 三苯基膦络合物,可以能有效催化芳基溴与苯基硼酸的 Suzuki反应.于宏伟等6用二茂铁为原料,首先制得乙酸2-（二苯膦基）二茂铁基乙酯,再与双（2- 羟乙基）醚反应,生成 2-（二苯膦基二茂铁基）乙基 -5- 羟基 -3- 氧杂戊醚（醚基化膦）,将它用于 Suzuki 反应中,发现其对与带有酮官能团的底物有很好的容忍度.以溴为底物的反应中,苯硼酸与4- 甲基溴苯的反应收率可达 93%.3.1.2无配体钯催化Suzuki偶联反应合成
12、C-C健 无外加配体、水相催化体系的开发应用,通过系统研究,发展了两个简单且高效的无外加配体的水相Suzuki反应体系,并将其应用于4一芳基三苯胺衍生物的合成7.2013年6月大连理工大学研究生张义霞8在一个纯水相中钮催化无外加配体和无其它任何添加剂的体系中发展了Suzuki反应, Pd(0Ac)2/(i-Pr)2NH/H20.体系以0.25mol 的Pd(0Ac)2 为催化剂,在100C时,以 2 equiv(/-Pr)2NH为碱,0.5mmol的溴、氯代芳烃,0.75mmol的芳基硼酸,1.0 ml的水,对无位阻的反应底物,产物收率达90%以上;当有位阻效应时,分离收率能达到80%以上.该
13、底物适用范围较广,对含有疏水基团或亲水基团的溴代芳烃都有较好的催化效果.无配体钯催化的铃木反应主要是合成芳香胺类化合物.3.1.3负载体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健化 负载型钯催化剂具有分离简便,可重复使用等优点9,关于负载型钯催化剂也有文献报道10.比如二氧化硅材料负载钯催化剂11. 2013年齐齐哈尔大学的研究生王旭12经浸渍搅拌法,在表面具有强吸电子基的氧化镁表面负载氯化钯中的钯,制备出氧化镁负载钯催化剂.2009年河南大学研究生吴玉峰13等以聚氯乙烯为基本原料,胺化反应合成无磷聚氯乙烯-二乙烯三胺和聚氯乙烯一三乙烯四胺配体.研究聚氯乙烯一二乙烯三胺和聚氯乙烯一三乙烯四胺负载把
14、配合物对碘代苯与苯硼酸的Suzuki偶联反应的催化性能,利用微波技术,对聚氯乙烯一三乙烯四胺负载把配合物催化的碘代苯与四苯硼钠的Suzuki偶联反应条件进行优化,得到了较好的结果. 杜谨宏等人14合成了 SBA-15负载的咪唑卡宾配体催化剂,催化剂中钯含量为1.09%,催化剂的表征结证明钯是以化合键的形式负载在催化剂表面上,负载后的催化剂仍然表现出SBA-15原有的介孔性质.实验中考察了该钯催化体系对偶氮染料废水脱色反应的催化效果,在催化作用下的H供体筛选表明,催化剂能有效的对甲酸作为H供体的脱色反应进行催化. 根据H供体的筛选实验结果,并综合考虑各种H供体环境影响认为最佳H供体脱色反应的试剂
15、是甲酸.催化剂的重利用实验表明催化剂可以重复利用3次以上.3.2 钯催化Heck偶联反应合成C-C健 Heck 反应（也称为 Mizoroki-Heck 反应）是指在强碱的存在下,钯催化不饱和卤代烃与烯烃反应形成新的碳-碳键取代烯烃的偶联反应,经过近半个世纪的研究发展,Heck 反应已经成为比较成熟的有机合成方法广泛应用于复杂分子的合成中15.2011年上海交通大学研究生彭智勇15在氮气保护下,向氮气置换过的 25 毫升Schlenk 反应管中 加入醋酸钯置换体系氮气置换后,用注射器加入丙烯酸甲酯（172.2 mg, 2 m mol)，丙酮3mL,三氟乙酸（34.2 mg, 0.3 mmol)
16、,室温搅拌 5min 后，油浴 70C下回流反应 20 小时.将溶剂真空浓缩,直接柱层析得到产品,分离得到了 94%的收率,重复性非常好, 能顺利反应.3.2.1负载体钯催化Heck偶联反应合成C-C健 尚筱洁等人16们课题组围绕富电子烯烃参与的氧化Heck 反应展开了研究.通过加入一个简单的配体,二甲基亚砜(DMSO),即能顺利实现一系列芳烃、杂环芳烃以及缺电子多氟芳烃与富电子如烯丙酯或烯丙醚的氧化 Fujiwara-Moritani 偶联,我们考察了该体系中富电子烯烃与缺电子烯烃的分子间及分子内竞争反应.结果表明,在该反应条件下,苯乙烯与烯丙酯或丙烯酸酯反应的速率差别不大.17子间的Hec
17、k反应Heck反应能够广泛应用于SPOS是由于起始原料烯烃或者卤代芳烃易得.SPOS条件下的Heck-SPOS条件下的Heck反应是将卤代芳烃连接在聚合物载体上和可溶性的烯反应或者是将烯烃固定在载体和可溶性的卤代芳烃反应.对同类型的聚合物载体和同类型的催化体系,固载碘代芳烃比固载烯烃更有效分子内的Heck反应.载体上分子内的Heck反应主要优点是起始原料的假稀释效应能提高产率.3.2.2有配体钯催化Heck偶联反应合成C-C健 2004年郑州大学研究生王岚18用几种不同方法制得了壳聚糖钯配合物催化剂,通过比较,它们对Heck应的催化性能相近.其中制备方法最简便的是在室温下通过与氯化钯乙醇溶液作
18、用制得壳聚糖负载氯化钯黄色粉末,进一步在乙醇溶液中回流还原,制得壳聚钯配合物催化剂.还研究了壳聚糖钯配合物催化剂对不同反应底物的偶联反应,利用熔点测定、红外光谱、核磁共振氢谱对产物进行了分析测试,得到了较为满意的结果. 李海胜19合成了一系列的四烷基胍、五烷基胍、六烷基胍卤盐及对应的离子液体.并首次将四烷基胍、五烷基胍用于钯催化的 Heck 反应和 Suzuki反应,证明了胍配位的钯催化剂是一类高效、耐氧化、对空气和水稳定的催化剂,为无膦催化体系的研究开辟了新的途径.3.3其他钯催化偶联联反应合成C-C健反应 梁云等人20研究了在超临界二氧化碳和常规有机溶剂中钯催化末端炔烃的二聚反应及在含氮配
19、体的作用下钯催化Stille交叉偶联反应.末端炔烃在氯化钯/Me3NO催化体系存在下,首次实现了无嶙配体和无胺的条件下自偶联生成对称的共扼二炔.在氯化钯和碘化亚铜作催化剂,三甲基氮氧化物做再氧化剂,醋酸钠做碱,乙睛做溶剂的条件下,各种末端炔烃在没有磷配体的参与都能高效地发生自偶联反应,且得到较高的产率.赵可清等人21采用改进的 Pd 催化端炔自身偶联生成二炔苯并菲盘状液晶二聚体钯催化的 Glaser 偶联反应已成功应用于新型液晶化合物的合成.合成的目标化合物体积较大,分子量在 2000 左右. Ullmann 偶合反应是有机合成中构建碳碳键最重要的方法之一,常用的零价钯催化剂催化芳烃发生Ull
20、mann偶合反应为 Pd/C,但是这一偶合过程需要提供化学计算量的零价钯,22.利用钯催化合成C-C健的反应还有Yamamoto反应、Wessling反应、Glich反应、Honor反应、Wittig反应、Hiyama反应、Sonogashira反应、Kumada反应、Negishi反应等23.4 形成C-N健研究进展 钯催化卤代芳烃胺基化反应是形成CArN的重要方法24.由于钯催化交叉偶联反应具有选择性好、产率高、合成步骤短等优点,在有机合成中的应用不断扩展25.4.1钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健4.1.1有配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健 人们对于金属配合物催化重氮化合
21、物,目前人们一般接受Yates于1952年提出的亲电性金属卡宾模型的催化循环机理配合物的中心金属具有空的配位轨道,它作为亲电试剂进攻重氮化合物,与重氮化合物中带负电性的碳作用,接着不可逆地失去氮气,生成金属卡宾中间体26. 4.1.2无配位钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健1996,Genet 课题组最早研究了Pd( OAc)2催化四氟硼酸芳基重氮盐和芳基硼酸的Suzuki 偶联反应. 2012年,宋少娟等人27的课题组采用一种新型纳米钯催化剂来催化芳基重氮盐和芳基硼酸的偶联反应,钯催化剂的用量是0.3 %,不需要加碱和任何配体,甲醇作溶剂室温下反应得到较高的收率.2010年杨伟波等人28
22、成功地将Pd(0Ac)2/Et0H/DMA体系应用于氯代芳烃的Suzuki 反应.这是首例通过简单的有机溶剂组合来实现把催化无外加配体的氯代芳烃Suzuki反应.并成功地将Pd(0Ac)2/i一PrOH(50%)体系推广到无需外加配体的澳代芳烃Suzuki反应,实现了室温及空气条件下联苯类化合物的简便、高效合成.2012年宋晓晓等人29发展了一个在空气中高效活化溴代苯胺与芳基硼酸Suzuki偶联反应的Pd(OAc)2-DMF(N-N二甲基甲酰胺)/H20体系.4.1.3负载体钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健碳材料由于来源广泛，化学稳定性很高，不溶于有机溶剂等显著的优点，是理想的Suzuk
23、i偶联反应,催化剂的载体OcJ4,催化剂还可以不结合配体使用,因而可以在水相中、空气中发生反应.在特定的条件下,可以高效地催化氯代芳烃发生Suzuki偶联反应30.4.2钯催化Heck偶联反应合成C-N健4.2.1负载体钯催化Heck偶联反应合成C-N健 2003年,Roglans课题组利用二茂铁骨架负载钯催化剂催化重氮盐的 Heck 偶联反应收率可高达100%值得一提的是,此反应中的催化剂可以回收,只是在回收之后循环利用的过程中需要加大催化剂用量和延长反应时间,回收率最高可达 100%27. 4.2.2无配体钯催化Heck偶联反应合成C-N健2012年张斌林等人31发现,在空气和弱碱性条件下
24、,无配体钯催化对硝基溴苯与二苯胺顺利发生 C-N 偶联反应生成 4-硝基三苯胺,反应条件温和,操作简便,他们对钯催化的二苯胺取代二苯胺以及具有和二苯胺结构类似的几种胺类和卤代芳烃的 C-N 偶联进行比较详细的研究,此反应体系条件温和,可在空气中进行,不需加入配体,对于含吸电子基团的溴代芳烃有较高的反应产率,可应用于合成三苯胺及其衍生物.4.2.3有配体钯催化Heck偶联反应合成C-N健 万青霞32设计合成了三种配体功能化离子液体嶙配体功能化离子液体(BDPPMIMpF6)、氮一麟双齿配体功能化离子液体(EPDDM砚pF6)、以及叶琳功能化离子液体(H2TMpyPI4,H2TBCMMimP4,并
25、将其分别与相应的普通离子液体溶剂配合使用,应用于把催化的Heck偶联反应中.由于离子液体溶剂和配体功能化离子液体对把催化剂的良好溶解作用和配位作用,仅保证了Heck偶联反应中把催化剂的活性、稳定性和良好的底物普适性,还使得相应的配体、离子液体溶剂和把催化剂被严格锁定在离子液体相,并得以循环使用,避免了有毒配体和把催化剂的流失以及对有机产品的污染,实现了绿色Heck偶联反应的目标.4.3其他钯催化偶联联反应合成C-N健反应 CArN键普遍存在于生物活性物及药物中,芳胺类化合物广泛用作药物、染料、杀虫剂,含有CAr N化合物的合成引起了研究者的兴趣.经典的合成方法有硝化还原法、Ullmann合成法
26、以及SNAr合成法33.钯催化形成C-N健的反应还有Petasis反应、Buchwald-Hartwig偶联反应. 5形成C-O健进展5.1钯催化Heck偶合反应形成C-O健 丙二烯衍生物参与的羰基化反应能够高效地合成一系列含有杂环的芳酮类化合物.钯催化Heck羰基化反应的亲核试剂已经从水、醇扩展到各种一级、二级胺和许多氨基酸.反应机理与醇作为亲核试剂相似,都经历了芳基卤化物对Pd的氧化加成,CO分子对芳基钯中间体Pd-C键的插入,催化剂的再生等过程34. 钯催化的不对称芳基化的反应,无论在学术上还是工业应用上不对称芳基转移反应都是非常重要的,Mizoroki 第一个报道了用芳基卤化物和磺酸盐
27、作为底物实现了钯催化的芳基转移反应之后 Heck 和 Nolley 将这个反应变成了一个成熟的反应,广泛应以于有机合成当中35.6展望近年来,钯催化反应得到了蓬勃的发展,尤其是离子液体,微波和微流反应技术的引入,已经使反应底物从活性较好的芳基溴芳基碘扩展到了反应活性较差的芳基氯.反应的条件也变得更加简单和温和.金属钯为贵金属.这就要求我们去寻求更为经济和活性更高的钯催化体系随着金属有机化学研究的不断深入.相信钯催化芳基卤化物羰基化反应将会迎来更为广阔的发展空间34钯催化偶联反应具有选择性好、产率高、合成步骤短等优点,在有机合成中的应用不断扩展.钯催化烯烃不对称羰基化化反应的研究也已经取得了很大
28、的进展,特别是手性非甾体抗消物布洛芬等的高产率高对映选择性合成已实现工业化.近十几年来,钯催化不对称羰基化反应的研究受到了高度重视,在各方面都取得了丰硕的成果.但是如何进一步提高其区域选择性、对映选择性以及工业化等36参考文献：1问贵方.2015-5-23.http:/ 2张 智,张广鑫,李淑辉等.钯催化Suzuki 偶联反应的研究进展J.综述与专论,2014,36(2):132-137.3张颖之,周振华,于志敏等.把配合物催化的芳基一芳基不对称偶联反应J.有机化学,1989,(47):404-407.4崔元臣,赵晓伟,张纪伟等.氮配位的无磷聚合物负载钯配合物对Suzuki反应的催化性能J.化
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