【毕业学位论文】（Word原稿）镍催化的碳-碳键活化及脱羧环化反应研究-博士论文

兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 1 第一章 过渡金属催化的 活化 言 过渡金属催化实现 活化 (断裂 ) 一直以来都深深的吸引着全球的有机化学家，特别是从事金属催化方向的化学家的关注和兴趣。一方面是由于该课题的新颖性所致，另一方面， 活化的理念将对传统的有机合成方法带来新的应用前景 1。然而，由于 自身的惰性以及周围 存在大量的 ，导致 金属难以 有效 插入 ，因此， 该方向的研究还不够系统和全面。目前，活化 (断裂 ) 仍是一个非常具有挑战的课题。从时间上划分， 活化 (断裂 ) 先后经历两个时间段：在 1999 年前，该方向的研究主要集中在金属当量参与反应过程，而在以后的研究中，有机化学工作者将兴趣锁定在实现催化量的 活化 (断裂 ) 以及发现和设计新的反应。因此，在我们详细讨论催化反应之前，先简单回顾一下金属当量参与的 活化 (断裂 ) 反应研究。 从微观可逆性的观点出发， 过渡金属参与的 活化 (氧化加成反应 ) 是 形成 (还原消除反应 ) 的逆过程。尽管如此，相比后者来说， 活化 的 发展 还是 比较缓慢 的 ，这是由自身的键能所决定的 (00 或者说 活化是一个相比 形成热力学不利的过程 2。 () 1 因此，要促进 活化可以从如下的两个方面考虑：一方面是增加反应起始物的能量，另一方面是降低反应产物的能量。增加反应物的能量是指可以使用一些具有高能的化合物，例如具有张力的三元环或四元环化合物，通过合适的金属的插入，释放反应 物的能量来补偿该反应热力学上的不足，从而形成相对更稳定的扩环金属化合物 3。从这个意义上讲，所参与反应的金属最好是具有 14e 或 16e 的不饱和过渡金属，这是对该反应比较有利的。例如， 二氢化合物，经过紫外激发失去一份子氢气，得到不饱和的 16e 的中间态，继而和液态的环兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 2 丙烷发生 化反应得到 络合物 。 该络合物 经过 升温，发生碳骨架重排，得到热力学较稳定的四元环金属 合物 4。 () 2 降低反应产物能量的策略，一般是对没有大张力的反应物来实施的，目的是希望得到稳定的金属络合物来驱动反应发生。例如， 用前人报道的芳构化策略 5，通过 u+ 参与反应，实现了甲基的断裂，从而得到一系列甾体化合物 6。 () 3 此外，对于没有大张力的反应物来说，生成环状的稳定的金属螯合物，特别是五元环的金属螯合物 7，也是一种实现 活化 (断裂 ) 的有效方法。现了一系列具有 合的配体，能够在温和的条件下切断稳定的芳基化合物的 8。 () 4 尽管上述报道在 活化 (断裂 ) 的研究中起了非常重要的作用，然而这些反应却集中在用当量的金属进行参与，而催化量的研究非常缺乏。此外，这些具有高稳定性的有机金属中间体也诠释了从定量到催化量转变的困难所在。因兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 3 此，要实现金属在反应中的催化量循环，一个从有机金属中间体到有机化合物的转变的能量释放过程是非常必须的。总之，要实现一个催化的热力学容易的过程，反应终产物一定要比起始反应物在能量上稳定的多。 有张力分子的 活化 渡金属直接切断 目前 活化 (断裂 ) 的研究工作还主要集中在对具有较大张力的分子结构的反应研究中。大部分工作都是通过金属直接对 的插入，释放三元环或四元环的张力能，得到相对较稳定的四元环或五元环的环金属络合物，继而发生反应得到开环或扩环的产物。 同报导了 ) 参与的环 丙烷衍生物的选择性 活化。该反应是由 (无位阻的 氧化加成得到四元环金属中间体， 再发生 除，最后还原消除完成催化循环 9。需要指出的是，该反应在氢气条件下，可一步得到加氢产物 ，如果没有氢气存在，则生成丙烯硅醚 。() 5 现环丁酮也可以发生类似上述的 活化反应。该反应通过 ) 对四元环的 氧化加成，在高压下氢化 得到开环产物醇，具有很好的区域选择性和立体选择性 10。 () 6 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 4 研究表明，一些后过渡金属能够插入切断联苯烯的 ， 通过 形成五元环的金属络合物来释放环张力。这些金属络合物和各种不饱和的小分子 (烯烃，炔烃等 ) 发生插入反应，从而得到不同官能团化的产物 11。显然，所有的这些产物都比联苯烯自身加成，芳化，扩环要稳定的多。 () 7 除了上述分子间发生的 扩环反应，通过巧妙的设计，分子内也能发生 活化从而一步构筑传统方法所不易得到或者操作复杂的骨架结构。 下面的 两个反应均生成五元环金属中间体，其中一个再发生还原消除或 除后异构化得两种产物 12；另一个和烯烃配位后插入，再还原消除得桥环化合物 13。需要指出的是，这种分子内烯烃插入 键的反应在金属有机化学中非常稀少。 () 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 5 8 渡金属经过 活化 C, N, O 等原子和金属相连时，通常会发生 得到开环的烷基金属中间体，继而发生一系列反应。因此，在 活化研究中，经常用该策略来设计和实现一些反应， 释放小环张力的一种非常有效地方法。 导了金属 与的三级环丁醇的对映选择性 断裂的芳基化反应。在该反应中，关键步骤是原位生成 的醇钯中间体发生 到几乎定量的和高对映选择性的 芳基酮。在手性控制方面，双齿手性配体决定 断裂的方向，即为产物的对映选择性 14。 () 9 同理，当所连金属是 N 时， 在环丁酮酰基肟的骨架中表现的淋漓尽致。该反应首先由 ) 对酰基肟的 氧化加成，由于四元环张力的存在，继而发生 再发生 除 得到氰基化合物 15。 (0) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 6 10 研究发现，如果将上述的两种 活化方式联合起来应用，经过一个巧妙的设计，可以一步构筑在经典有机合成中需要多步完成的分子。首先， ) 对环丁酮的 发生氧化加成形成五元环金属络合物，随后 成第二次 活化， 再 经过还原消除，异构化得到稳定的环己酮衍生物 16。 (1) 11 环张力分子的 活化 活化 上一小节中，我们详细讨论了 活化 (断裂 ) 反应研究。然而，对于无环张力的分子， 活化的非常有效的手段，特别是对于三级醇骨架结构实现 断裂。 1998 年， 展了 化的对无环张力高烯丙醇的 活化 (断裂 ) 反应研究。在该反应中， 对三级醇羟基发生氧化加成，随后 镍催化的碳 7 基消除，还 原消除得到苯甲酮和丙烯。由于稳定的 3u(中间体 的生成，驱动了反应的发生，同时，无高烯丙基的三级醇不参与反应也佐证了如下的反应历程 17。 (2) 12 1999 年， 报导了通过 稳定金属中间体从而实现 断裂的反应。反应中， ) 对 氧化加成，继而脱除一分子二氧化碳，生成五元环金属络合物。该络合物受到 稳定作用，发生 8。 (3) 13 2001 年， 导了 化的 2偶联反应。该反应的关键步骤是原位生成的二价醇钯中间体发生 形成更加稳定的 9。 (4) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 8 14 2003 年， 现三级炔丙醇在金属 参与下能够和丙烯酸酯发生反应得到烯炔化合物。在该反应中， 型碳钯键的形成保证了反应的顺利进行，同时也提供了引入炔丙基的有效方法 20。 (5) 15 能团导向实现 活化 官能团导向实现 活化是指利用反应中形成的稳定环金属络合物作为驱动力，实现 的官能团化，这种方法普遍存在于过渡金属参与的化学反应中。一个非常具有代表性的例子是由 展的 8活化反应。首先， ) 对羰基 位 插入，形成稳定的五元环金属络合物 大大降低了 的活化能。当喹啉酮的烷基存在 ，则该环金属络合物发生 除，得到 H 中间体，继而在烯烃存兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 9 在下生成新的烷基喹啉酮。 例如，当 8) 催化下反应时，生成 811。 (6) 16 1999 年， 现恶唑啉作为导向基团能够实现 活化。金属 ) 经过氧化加成， 除，还原消除得到脱羰还原的产物。其中，五元环金属络合物 I) 的生成至关重要 ，推动反应向右进行 22。 (7) 17 在官能团导向实现 活化的研究中， 型的配体也曾一度引起有机化学科学家的兴趣。这类反应一般含有 构，能够在氢气或硅烷存在下发生氢解完成 活化 23。然而，如果将 型的配体由 成 构，则发生 活化 24。 (8) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 10 18 由上述例子可以看出，官能团导向实现 活化的底物必须满足几何学的要求，即生成五元环金属络合物的过渡态。这种策略也可进一步 应用 到临时螯合辅助的，非官能团导向分子的 活化中去。 时螯合辅助的非官能团导向 的 活化 在本小节，我们来讨论一下无环张力，无导向基团的 活化 (断裂 ) 反应。这类分子的 活化研究可以采用临时引入一个合适的螯合辅基，完成反应后可通过简单操作离去，例如水解 等 25。 1999 年， 导了利用 236，实现无张力酮的 活化。苄基丙酮作为底物和过量的叔丁基乙烯在 化剂存在下，生成烷基交换的酮和少量的苯乙烯 27。该反应的具体过程是：首先，反应物酮和临时螯合辅基 23其次，金属催化剂 ) 对亚胺 位 氧化加成，形成五元环金属络合物 继而经 除释放一定能量 并生成 苯乙烯；再次，环金属络合物对叔丁基乙烯插入，还原消除得新的亚胺结构；最后，在第一步缩合反应中生成的水对所得亚胺进行水解，释放出烷基交换的酮和 临时螯合辅基，完成催化循环。由于反应是一个热力学平衡过程，因此，稳定的五元环金属络合物的生成和高温下苯乙烯的聚合是该反应的驱动力。 (9) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 11 19 上述反应中的底物酮也可改变成醇，反应条件稍作变化即可发生醇的 活化 (断裂 ) 反应。该过程由氢转移反应和临时螯合辅助的 活化反应组成，碱的加入提高了反应速率，同时也共催化了氢转移反应的发生 28。 (0) 20 除了分子间可以在外部烯烃的存在下发生反应，分子内也可发生螯合辅助的 活化。一个比较有趣的例子是环状酮或亚胺发生的 活化的骨架重排反应。金属 ) 首先氧化加成亚胺 位 ，形成五并八的环金属络兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 12 合物，经 除后再对原位生成的烯烃进行插入得五并七的环金属络合物 一方面，该络合物直接还原消除，水解，生成 一方面，该络合物经再次 除，烯烃插入，形成较稳定的五并六环金属络合物，最后还原消除，水解，得 管在该过程中，环金属络合物对烯烃马氏规则插入是一个热力学不利的过程，然而，相比反应起始物七元环亚胺，所得到的六元环和五元环酮能量低得多，因此促进了反应的发生 29。 (1) 21 1999 年， 导了烯丙基胺等价于甲醛的官能团转化反应。该反应过程先后经历 活化， 活化，最终得到对称的酮。首先，烯丙基胺在金属 在下异构化成亚胺，随后发生官能团导向的 活化生成五元环金属络合物 该络合物在叔丁基烯烃存在下发生插入反应，继而还原消除得不对称的亚胺。由于该类型的亚胺在高于 80 发生顺反异构化，因此为进一步 活化的发 生提供了可能。随着温度的升高，异构化的亚胺在 过量的叔丁基烯烃存在下发生 活化得到对称的亚胺。最后，亚胺经过水解，生成对称的酮，完成了催化循环 30。 (2) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 13 22 由于上述报道中烯丙基胺等价于甲醛，因此， 也 可通过烯丙基胺合成五元或七元环对称酮 31。 (3) 23 活化 氰基是碳原子和氮原子通过三键连接而构成的，具有相当高的稳定性 (133 通常可以在经典有机合成中保留。此外，氰基具有和卤素类似的化学性质，因此也是一个良好的官能团转换基团和离去基团。然而，在 活化发展之前，氰基的离去主要依靠光化学反应实现。随着 活化 (断裂 ) 的发展，过渡金属参与完成的研究越来越普遍，因此 活化也集中到过渡金属参与的层面 上 来 32。 活化机理 过渡金属参与的 断裂反应可以追溯到 1971 年的 ) 33 氧化加兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 14 成四氰基乙烯。从此，通过氧化加成实现 断裂的研究扩展到芳基腈，烯丙基腈，烷基腈等底物上来，而且参与反应的金属也拓展到很多过渡金属，例如 。 通常，先是由低价金属和氰基中的碳氮三键进行配位，继而发生金属对 的氧化加成，随后再发生配体交换或转金属化等反应，最后还原消除完成催化循环。 目前，这种反应机理也是 活化研究报导 中最常见 的 机理。 (4) 24 2003 年， 同报导了金属 与的硅辅助的 断裂 35。首先，金属 硅烷反应生成 性中间体，再对氰基进行插入得到 2 亚胺环金属络合物。然后，氰基碳上所连的基团发生对金属中心的迁移，诱导 断裂得异氰基硅化合物。尽管这种迁移断裂的方式比较特殊，但是先后的两种中间体都可以被分离得到。其实，这种迁移断裂的机理非常类似酰基金属化合物的脱羰过程。 就目前 关于 活化 的报导而言，该机理 的应用 主要存在于 化的 断裂研究中。 (5) 25 活化发展 2001 年， 现 4和 活化，从此开辟了 断裂官能团化的合成研究。随后， 展了一系列高效合成不 对称双芳基化合物，苯乙烯类化合物，烷基苯衍生物等方法，这些方法都是由苯甲腈类似物出 发，在过渡金属 化下 实现 的。这些兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 15 研究表明， 作为可以商业获得 的催化剂 ，在该反应中大大优于其他的 化剂。有机锌试剂和格氏试剂在反应中作为亲核试剂来进攻中间态。反应中 加入是为了防止有机金属试剂对氰基的亲核加成。此外，反应底物的适用性非常好，缺电子和给电子的苯甲腈衍生物，吡啶，呋喃，噻吩等杂环的氰基衍生物均可参与反应 36。 此外，需要指出的是，尽管 氰基 在偶联反应中有类似卤素的性质，但由于 的解离能远大于 (130 80 100 所以之前能够很好的催化芳基卤化物的金属 不适合 基于 活化的 偶联 反应 。(6) 26 2003 年， 上述 断裂偶联 反应 研究的基础上，完成 了 的构筑 ，首次实现 断裂 构筑碳杂原子键 37。 (7) 27 2004 年， 展了一种新型的对炔烃的芳腈化反应，即为芳基腈对炔烃的加成反应，生成 该 反应 由 Ni( 和 州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 16 在甲苯中 100 行， 催化剂 也可由稳定的 和 生还原而 原位生成。一般来说，对位有吸电子取代的苯甲腈反应产率比较高，且具有良好的官能团兼容性，例如氟 、 酮 、 酯 、 酰基等。对另一反应物炔烃来说，对称的炔烃反应生成高产的 对称的炔烃反应生成不同区域选择性的烯腈混合物。例如， 4,42( 作为底物参与反应，主产物是氰基和大取代基 (共同连在一个碳原子上，而芳基和小取代基 (共同连在一个碳原子上的烯腈。这种区域选择性是由反应过程中生成的 I) 中间体的立体效应所决定的 38。 (8) 28 2006 年， 上述 甲腈类型的加成反应推广至烯丙基腈对炔烃的加成 。 作者通过配体调控，使得反应条件更加温和， 而且突破了上述研究中末端炔烃无法参与反应的局限，很好的控制了区域选择性。此外，作者兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 17 在烯丙基腈上引入硅醚，使得反应中间态更加稳定，反应体系更加干净 39。(9) 29 同年， 研究了 ) 催化下通过 配体 调节来实现 活化和 活化的 选择性控制 40。 例如，作者成功实现了在 10 配体， 35 选择性 活化的例子。 (0) 30 在 实现 了 和炔烃的加成反应后， 尝试了 芳基腈 和烯烃的加成 反应 。 虽然反应中烯烃的类型仅限于降冰片烯和降冰片二烯，但可高效 且 原子经济性的一步形成两个 中心，而且芳基腈的兼容性比较好，甚至一些杂环的芳基腈也能够很好的参与反应。 尽管 反 应中烯烃类型的局限性很大 ，但这却是一项突破性的工作 41。 (1) 31 2007 年， 现 在芳腈化反应中， 加入 合适的路易斯酸 (能够有效 降低反应温度， 加速氧化加成过程，大大提高产物收率，并且突破了芳基腈 上取代基电性的 范围 (给电子的芳基腈 也能很好的完成反应 )。 另外，适当兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 18 提高反应温度后， 还 可以 实现 烷基 活化 42。 (2) 32 2008 年， 展了分子内对烯烃的 芳腈化反应。这种转换的突破， 实现了加成与环化的统一，并且一步形成了两个新 的 ，尤其是一个季碳中心。共催化剂路易斯酸 (的加入确保了反应的顺利进行。通过改变烯基碳链的长度，可以得到 苯并 五元环 和苯并六元环甚至苯并 七元环的产物，然而， 苯并 四元环的环化产物却无法实现。 作者 通过 据证明，反应首先是底物在 Ni(, P( 和 同作用下得到 成的 2 。 当 存在时，没有 2 生成，说明 促使氰基和 ) 络合的主要因素。 室温下 6 小时，络合物 A 经过氧化加成转变为 B。 中间体 A 和 B 均可由 明。将中间体 B 在 60 热 46 小时后，即可得到中间体 D。将中间体 D 和反应物 作用，即可得加成环化产物 同时再生成 A 完成循环过程。其中， 中间体 B 到过渡态 C 的过程是该反应的决速步骤。 随着上述结果的实现 以及对反应机理的研究 ，作者 还 成功实现了 加成 环化的不对称反应 43。 (3) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 19 33 同年， 发展了一种分子内 对烯烃的不对称加成环化体系。 首先， I) 在活化锌粉的 条件下还原成 )，继而对被路易斯酸三苯基硼活化了的氰基发生氧化加成，随后对烯烃迁移插入形成 ，最后还原消除完成催化循环。由于烯烃上不同取代基对反应速度有明显的影响，因此说明氧化加成 有可能 不是决速步骤 ，当然也不能排除 ) 先和烯烃配位再进行氧化加成的可能性 。 作者 用三苯基硼作为共催化剂， 为手性配体，可以获得到高达 97% 季碳中心 44。 (4) 34 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 20 2010 年， 上述 型的 加成反应彻底的推向了 型的 加成反应。作者成功实现了 ) 和路易斯酸共催化下 乙腈，丙腈， 苄腈及其衍生物的 对炔烃的加成反应。反应条件温和，并可通过 调控 不同 配体 和路易斯酸 实现 其区域选择性 45。 (5) 35 同 年， 表了针对长链烷基 型的杂原子 导向的对炔烃的加成反应 46。 作者认为五元氮杂镍环中间体 C 是该反应的关键中间体。反应首先是催化剂 0) 和反应物中的 N 原子配位，同时路易斯酸和 位，继而形成分子内 2 类型的中间体 B，再通过快速的氧化加成过程得关键中间体 C。 C 经配体交换 (D)，炔烃插入 (E)，最后还原消除得加成产物，同时再形成 A。此外，根据环系的大小，还有可能形成六元氮杂镍环中间体 F， F 经 除后，再对烯烃加成 也可 得关键中间体 C。 (6) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 21 36 由于近年来五氟苯的 活化以及多氟苯的 活化研究的比较热门， 于 2013 年发表 了多氟苯的 活化 47。 作者成功实现了 ) 和 催化下多氟苯的选择性 活化， 而 在反应过程中 断裂 ， 断裂 均 未 发生。 需要指出的是，芳环上的 F 原子明显增强了 对 ) 的氧化加成过程。 (7) 37 在本章节内容的开始，我们陈述了 活化的两种机理。上述 活化的例子均为对低价金属的氧化加成机理。尽管 化下硅辅助的 断裂的研究 例子 不是很多，但这却是 活化发展中不可缺少的重要组成部分。 2006 年， 出的硅辅助的 化下 活化 机理 上 ，首次实现 断裂构筑 48。 在该反应过程中，过渡金属 时完成了 的断裂和 的断裂。 (8) 38 2008 年， 加系统和全面的研究了硅辅助的 化下 断裂硅化的反应 49。 该反应具有很好的底物适用性，例如芳基腈，烯基腈，烯丙基腈以及苄基腈都能够很好的参与反应，而且底物中官能团的兼容性也比较好。作者在前人研究的基础上提出了该反应的机 理。 和二硅烷通过 分解或氧化加成再还原消除的过程得到 )间体 A。 A 中 向底物中氮原子迁移得 2。 随后 B 中的芳基向金属 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 22 心迁移促使 断裂而形成芳基铑的中间体 C。最后， C 中 和 发生 分解 生成 芳基硅化产物 从而完成催化循环 。 此外，除了 ) A， A 也有可能通过 ) A 和二硅烷氧化加成 所得而参与催化循环。 需要指出的是， 是该反应的决速步骤。 (9) 39 当反应底物是苄基腈时，为了提高反应物转化率和产物收率，作者提高了反应温度，然而所得产物除苄基硅化的产物外，还有烯胺化合物的生成。这种副产物的生成暗示在该反应中， 反应机理 可能和芳基腈参与的反应 不完全相同 。2 作为形成苄硅烷和烯胺的共同中间体和二硅烷反应生成亚胺 D 和催化剂 A。 D 中亚胺碳 上的 过 排反应迁移到亚胺 N 上，得 氨基卡宾 E。 最后，卡宾 E 对苄位的 进行插入生成烯胺产物 (a)。另外还有一种途径， 2 先发生 除 得 F， 再对亚胺插入形成铑的烯胺中间体 G。 最后， G 再和二硅烷发生反应完成催化循环。 (0) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 23 40 此外， 发现分子内的 芳基氯在该反应条件下 可 被作为亲电试剂，可以高效的合成二苯并呋喃，咔唑等衍生物。 (1) 41 2009 年， 上述反应中的二硅烷换成氢 硅烷 ，通过 膦酯 配体 的 调控成功实现了 还原氢化的产物 50。 该反应具有较好的普适性，芳基腈和烷兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 24 基腈 (1o, 2o, 3o 均能很好的完成反应，并且底物中的官能团都可以 广泛的兼容 ，更重要的是， 以作为离去基团被完全去除。 (2) 42 2010 年， 上述研究的基础上，发展了一种 型的 活化反应 51。 首先，催化剂前体 A 和二硅烷反应生成活性 化剂中间体 B。 硅辅助的 断裂 经过 2 得到 间体 D。 D 对烯基硅烷再发生加成得 E， E 经 除可得烯基偶联产物和 间体 F。 F 再和二硅烷反应生成活性中间体 B 完成催化循环。 (3) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 25 43 2012 年， 导了 化下通过 断裂构筑 的反应 52。 该反应是在 ) 和配体 及 三乙烯二胺 共同作用下，对氰基区域选择性的引入硼，为进一步官能团化做了很好的铺垫。 此外，该反应也具有很好的适应性，各种取代的芳腈类化合物，杂环芳腈，甚至烷基芳腈都能很好的完成反应。 需要指出的是，反应中的二硼烷作用机理和之前报导的二硅烷类似。(4) 44 渡金属催化的碳碳三键活化 在一般的化学键中，碳碳三键的断裂 (活化 ) 是非常困难和有挑战性的，因为碳碳三键的解离能 (200 非常大。研究表明，过渡金属催化的发展是最有可能实现碳碳三键活化的途径，原因如下：一方面，不饱和炔烃是过渡金属的良好配体；另一方面，炔键和过渡金属中心所形成的共价键有着很好的活性。目前，碳碳三键的断裂研究还主要集中在定量金属参与的反应，而过渡金属催化的反应研究非常有限。根据反应途径，可以分为以下三种类型： 1) 炔烃复分解反应； 2) 串联反应 (炔烃先和外部的有机试剂反应，再裂解 )，例如， 应和 应； 3) 不需要外部有机试剂引 发的反应。 烃复分解反应 经典有机化学的发展史验证了炔烃复分解反应 53 在有机合成和聚合物合成化学中的重要影响。反应底物的普适性和化学选择性以及催化剂的兼容性使得该反应在合成研究中具有广泛应用。 (5) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 26 45 联反应 串联反应实现碳碳三键断裂的策略是通过对炔烃的加氢酰化反应或二炔的加氢胺化反应，将炔烃转变成 ， 不饱和亚胺，再发生 应，得到碳 碳键断裂的产物亚胺和烯胺。因此，该串联反应需要一个复杂的催化体系，即一个螯合协助的加氢酰化催化剂和一个 解催化剂。( 23环己基胺和苯甲酸共同作用可以催化 解。将乙醛和 63： 1 比例混合，在上述两种催化体系共同作用下加热，即可高产的得到正己醛和仲辛酮。反应先后经过醛炔的加氢酰化， 不饱和亚胺的 1， 4 加成，解 ，最后水解 54。 (6) 46 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 27 2003 年， 导了在金属 催化下，邻氨基苯酚促使二炔碳碳三键断裂的反应，又一次证明了 排的有效性。在该反应中，过渡金属催化加氢胺化，继而发生异构化得 不饱和亚胺，随后发生 1，4得亚胺再经历分子内的羟胺化环化，排断裂，水解，得四种最 终产物 55。 (7) 47 需要外部有机试剂引发的反应 众所周知，炔丙醇在一些过渡金属催化下发生脱氢反应，可以形成高活性的联烯中间体 56。 2003 年， 用这种策略成功的催化切断炔丙醇的碳碳三键 57。反应过程中，炔丙醇的碳碳三键在催化量的 三氟甲烷磺酸锂的存在下断裂生成烯烃和一氧化碳，其中一氧化碳的碳原子来源于炔烃的末端碳。 作者认为， 和炔醇形成 而发生质子迁移得 1。 A 在路易斯酸共催化下消除一个羟基得联烯中间体 B。随后，联烯中间体 B 上亲电的 氢氧根进攻而生成酰基 关键中间体 C。 C 再通过脱除一分子一氧化碳而使得反应物炔上的碳碳三键断裂 得到中间体 D。 最后， D 经过还原消除完成催化循环。 此外，这种方法还可以运用到炔丙基醚类化合物的碳碳三键断裂上 58。尽管如此，该方法还是有着比较大的 局限性 ，只能适用于 末端炔烃。 (8) 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 28 48 对于非末端炔烃， 2006 年 Y. 展了一种金催化串联环化氧化断裂碳碳三键的方法 59。炔醇在金催化下发生 5化，得到五元环外双键，既将炔键转化成烯键。这种富电子的双键在过渡金属金 和氧气共同作用 下极易被氧化断裂，形成羧酸和 环化 内酯。 需要指出的是，一般烯烃在上述条件下不能被氧化，例如正癸烯，苯乙烯等，只有富电子烯烃可被氧化，例如烯醇醚等。 (9) 49 结 从上面两节的文献综述中可以看到， 活化 (断裂 ) 的发展主要分为具有张力分子的 活化和无环张力分子的 活化。尽管 之间比较惰性，其断裂官能团化非常有挑战，但是关于 活化断裂的研究一直在不断进行中，大大推进了有机化学的发展和创新。为了实现催化的 活化，兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 29 许多对底物分子的要求需要被满足。 从热力学平衡的观点出发，所生成的产物应该比反应起始物要在能量上稳定，反应的活性中间体要有适度的稳定性，例如生成稳定的五元环金属络合物 ，稳定的 的 等。然而，如果这些中间体太稳定，则在反应过程中难以释放出催化剂而阻断了催化循环。因此，反应新生成的产物最好 有非常强的 ，例如羰基，芳环等。 如果反应物和产物具有相似的稳定性，这种情况在热力学平衡下是不能够进行的 。为此，需 使一种反应物大大过量或反应过程不可逆消除或使所得产物易发生转化，从而推动反应的发生。 尽管 活化 (断裂 ) 的研究 已经取得了可喜的进展 ，但是仍有许多局限性和挑战性，因此 活化还需要 更加 系统和全面的探索，最终必将影响和推动有机化学的发展。 兰州大学博士研究生学位论文 镍催化的碳 30 参考文献 1 (a) R. 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