钯催化C-H键活化实现偶氮苯与醇的氧化交叉偶联反应-硕士答辩

1、复旦大学钯催化钯催化C-H键活化实现偶氮苯键活化实现偶氮苯与醇的氧化交叉偶联反应与醇的氧化交叉偶联反应作者姓名唐*学科专业应用化学指导教师林*副教授答辩日期2015年6月1日2主要内容主要内容研究背景研究背景2 偶氮苯与醇的反应研究偶氮苯与醇的反应研究3结结 论论3C-H键活化（杂）芳环的直接 C-H 酰基化反应N, O, S第一章第一章 研究背景研究背景4DGR+ArCHOPd(OAc)2 (10 mol %)xylene, air, 120 or 130 DGROArDG= 2-Py, -C(O)(2-Py), -O(2-Py)+Pd(PhCN)2Cl2Ag2O, K2S2O8Dioxan

2、e/AcOH/DMSO 120 NROOHOHNORGe, H., et al. Org. Lett. , 2010, 12(15): 3464-3467.Cheng, et al. J., Org. Lett. , 2009, 11(14): 3120-3123. 1.1 过渡金属催化过渡金属催化N原子导向的酰基化反应原子导向的酰基化反应5+PdCl2(5 mol%)TBHP (3 equiv)PhCl, 140 NR1R2OHNR1R2OLi, C.-J., et al. Org. Lett. , 2011, 13(7): 1614-1617. DGHR1+HHHR210% Pd(OAc)

3、2tBuOOH (2 equiv)120DGR1OR2R1=H, OMe, BrR2=H, Me, OMe, ClDG=NNONOMe2-Py-O(2-Py)-C=N-OMePatel, B. K., et al. Org. Lett. , 2012, 14(20): 5294-5297.6NR2R1+HOR3OPd(OAc)2, TFAA100,16hNR2R1R3OFu, H., et al. Adv. Synth. Catal. 2013, 355:529-536HNOMe+HR2OCp*RhCl22 ( 0.05 equiv)AgSbF6 ( 0.2 equiv)Ag2CO3 ( 2.

4、5 equiv)CH2Cl2 ( 0.2 M)85 , 24hR1NOMeR1R2OLi, Y.C., et al. Adv. Synth. Catal. 2012, 354: 2916-2920.7Tan, Z., et al. Chem. Commun., 2013, 49(15): 1560-1562.HXNOMeR+OHPd(OAc)2( 5 mol%)TBHP( 3 equiv)XNOMeROAcOH( 3 equiv)DCE( 0.3 M),80Kim, I.S., et al. Eur. J. Org. Chem. 2013, 66566665.NHOR2R1+OOHO10% P

5、d(OAc)2(NH4)2S2O8diglyme,N2NHOR2R1O8HNMeOMe+Pd(OAc)2 ( 0.05 equiv)TBHP ( 6 equiv)AcOH ( 3 equiv)DCE, 80 , 6hNMeOMeArOClArOArClKim, I.S., et al. J. Org. Chem. 2014, 79:275 284.NNR1R2+OHOOPd(OAc)2 ( 10 mol%)K2S2O8 ( 2.0 equiv)dioxane/AcOH/DMSO=7:2:180，10 hNNR1R2OWang,G.-W., et al. J. Org. Chem. 2013,

6、78:10414- 10420.9NNRHR+OR1HPd(OAc)2TBHPNNRROR1Zn-NH4ClNNRR1RWang, L., et al. Org. Lett. 2013, 15(3):620-623.NN+CH3Pd(OAc)2 (10 mol%)TBHP (12 equiv)PhCF3, 80, 30hNNOZeng, W., et al. Org. Lett. , 2013, 15(21):54445447.10HNOH+ROOHO10 mol % Pd(TFA)22 equiv (NH4)2S2O8diglyme, rtNHOROGe, H., et al. J. Am.

7、 Chem. Soc. 2010, 132(34): 11898-11899.NHR1OR2+OHPd(OAc)2(10 mol %)TBHP (4 equiv）TfOH (0.5 equiv)AcOH/DMA90 , 5hNHR1OR2OWang, X., et al. Adv. Synth. Catal. , 2011, 353 (18): 3373-3379.1.2 过渡金属催化过渡金属催化O原子导向的酰基化反应原子导向的酰基化反应11NHR2OR1+H5 mol % Pd(TFA)2TBHP, toluene90 , 24hNHR2OR1OOR3R3Kwong, F. Y., et a

8、l. Org. Lett. , 2011, 13(12): 3258-3261.HNO+R1R2Pd(OAc)2 (5 mol %)TBHP (4 equiv)DMSO,100, 20hNHR1OOR2Sun, P.P., et al. J. Org. Chem. 2012, 77: 11339-11344.12COOHHR1+R2OOHOPd(TFA)2 ( 10 %)Ag2CO3( 3.0 equiv)DME, 150 COOHR1OR2OHOHR1+R2OOR2ORh(cod)Cl2(1.5 mol%)Cs2CO3, mesitylene16h, 145OHOR1OR2Ge, H.B.,

9、 et al. Org. Lett. . 2013, 15(12):29302933.J. Gooen, L., et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52:6704 -6708.13OCONMe2HClR1+OHOOR2Pd(OAc)2, (NH4)2S2O8TfOH, DCE, r.t., 20 hOClR1OR2OMe2NKim, I.S., et al. Adv. Synth. Catal. 2013, 355:667-672.141.3 过渡金属催化过渡金属催化S原子导向的酰基化反应原子导向的酰基化反应SRHR2+OHOOPd(OAc)2 (5 mol

10、%)Ag2CO3(2.0 equiv)DMA, 120SRR2OR1R1Kuang, C.X., et al. Eur. J. Org. Chem. 2014, 2576-2583.15本课题的设计与提出CH2OHNNOxidantPdNNOH16第二章第二章 偶氮苯与醇的反应研究偶氮苯与醇的反应研究表2-1催化剂对反应的影响NNHCH2OHPd catalyst (10 mol%)TBHP (4.0 equiv),DCE Ar, 110,30hNNO1a2a3-1aEntryCatalystYield(%)b1PdCl2372Pd(TFA)2343PdCl2(MeCN)2354PdCl2(P

11、Ph3)2trace5Pd(OAc)2406-02. 1 反应条件优化反应条件优化17表2-2氧化剂对反应的影响NNHCH2OHPd(OAc)2 (10 mol%)Oxidant (4.0 equiv),DCE Ar, 110,30hNNO1a2a3-1aEntryOxidantYield(%)b1TBHP402DDQtrace3MnO2trace4Na2S2O8trace5O2trace6PhI(OAc)2trace18表2-3溶剂对反应的影响EntrySovlentTempretureYield(%)b1CH2ClCH2Cl110402DMSO110trace3DMF110NR4CHCl2

12、CHCl2110475CH3NO2110286chlorobenzene110110687trifluorotoluene1105881,4-dioxane110NR19EntrySovlentTempretureYield(%)b9CH3CN802310CH3COOC2H58035 11CH2Cl27042 续上表20表2-4温度对反应的影响NNHCH2OHPd(OAc)2(10 mol %) Ar,Chlorobenzene, TBHP(4.0 equiv),temp 30 hNNO1a2a3-1aEntryTemperatureTimeYield(%)b112530h49211030h6

13、838030h8146030h6821表2-5时间对反应的影响NNHCH2OHPd(OAc)2(10 mol %) Ar,Chlorobenzene, TBHP(4.0 equiv),80 timeNNO1a2a3-1aEntryTemperatureTimeYield(%)b18030h8128048h6338024h5822表2-6 物料比对反应的影响NNHCH2OHPd(OAc)2(10 mol %) Ar,Chlorobenzene, TBHP(x equiv),80 30 hNNO1a2a3-1aEntry1a2aTBHPYield111663%211481%311363%41123

14、3%5 1 2 4 63%61 1.5 4 68%23表2-7醇类底物的拓展NNPd(OAc)2 (10 mol %)TBHP (4.0 equiv)NNRO1a23HR CH2OHPhCl, 80 oC, 30 h+NNO3-1a: 81%NNO3-1b: 56%MeNNO3-1c: 48%NNO3-1d: 43%HOMeMeOOMeNNO3-1h: 59%BrNNO3-1e: 0%NNO3-1g: 67%ClNNO3-1f: 71%OHF2.2 底物的拓展底物的拓展 24NNO3-1j: 83%NNO3-1k: 80%NNO3-1i: 80%NO2CF3NN3-1l: 27%O2NOSNN

15、O3-1n: 28%NNO3-1o: 26%NNO3-1m: 33%25表2-8偶氮苯类底物的拓展NNPd(OAc)2 (10 mol %)TBHP (4.0 equiv)NNPhO12a3HCH2OHPhCl, 80 oC, 30 hR1+R1R2R2NNO3-2a: 60%NNO3-2b: 66%NNO3-2c: 27%MeMeMeMeMeMeNNO3-2d: 68%NNO3-2e: 42%NNO3-2f: 51%MeOOMeFFClCl26NNO3-2g: 48%NNO3-2h: 80%NNO3-2i: 37%BrBrEtO2CCO2EtHMeONNO3-2j: 27%NNO3-2k:

16、32%NNO3-2l: 25%MeMeOMeOMeMeONNNNO3-2o: 0%NNO3-2m: 37%NNO3-2n: 20%CO2EtEtO2C272.3 机理的研究机理的研究CH2OHPd(OAc)2 (10 mol%)TBHP (4.0 equiv)PhCl (2 mL), 80 oC, 12 hCHO2a2abNNCH2OHNNO1a2a3a-1HPd(OAc)2 (10 mol%)TBHP (4 equiv)TEMPO (1.0 equiv)PhCl (2 mL), 80 oC, 30 hnot observed(58% GC yield)a)c)NNNNO1a2ab3a-1HP

17、d(OAc)2 (10 mol%)TBHP (4 equiv)PhCl (2 mL), 80 oC, 30 hb)HO75% yield28Pd(OAc)2NNNNPdOAcR-CH2OHORNNPd(IV)RONNOR1aABCDETBHPRCHOtBuOtBuOH.F图2-1钯催化偶氮苯与苯甲醇的酰基化反应机理292.4 应用应用-偶氮基偶氮基芴酮芴酮类化合物类化合物4的合成反应的合成反应NNNNONN+Pd(OAc)2(10 mol%)TBHP (4.0 equiv)PhCl, 80 oC, 30 h60% yieldPd(PPh3)4 ( 10 mol%)DavePhos (10 mo

18、l%)KOAc (2.0 equiv)1a2p3-2p4HOBrBrOK2CO3 (2.0 equiv)DMA, 110 oC, 24 h35% yield301.利用偶氮化合物中N=N双键作为导向基团，以偶氮苯和苯甲醇做为反应底物，研究了在Pd(OAc)2/PhCl体系下实现偶氮苯邻位酰基化反应的可能性，从而构建C-C键。通过一系列的条件筛选后，得到了最优反应条件，即在氩气保护下，偶氮苯(1a) (0.15 mmol)，苯甲醇(2a) (0.15 mmol)，醋酸钯(10 mol %)，TBHP(4 equiv)溶于溶剂PhCl中 (2.0 mL)中，在80反应30h，能以25%-83%的收率得到酰基化产物，并合成了30种酰基化产物。2.通过机理研究控制实验，我们提出了一个可能的机理：首先Pd(OAc)2与偶氮苯通过sp2C-H活化得到五元环钯中间体，苯甲醇在TBHP的作用下，自由基引发得到苯甲酰基自由基与五元环钯中间体进行自由基氧化加成，得到新环钯中间体。最后，新环钯中间体