氯化钯及其配合物催化的Suzuki交叉偶联反应研究进展

1、2015年 第8期 2015年8月 化学工程与装备Chemical Engineering & Equipment173（）配合物tBu1741.1 氧化加成纪三郝：氯化钯及其配合物催化的Suzuki交叉偶联反应研究进展等，这些有机金属试剂亲核能力较强。另外，M也可以是B、Si以及Sn等元素，其对应的亲核能力较弱，需要添加碱或氟离子等，以达到活化金属试剂的目的，并且一般需要较高9反应温度。这些添加剂的功能是和催化剂金属配位形成中氧化加成是偶联反应的起始步骤，是活化C-X键，并促使其与催化剂形成二价配合物的关键步骤。研究发现，吸电子基团可以促进芳基卤代物与Pd的氧化加成反应。苯环上PhC

2、O>H。这一特相同取代位置的取代基活性顺序为NO2>NC>性表明氧化加成可能是通过过渡金属催化剂对卤代芳烃的亲核取代反应（SNAr）进行的。具有吸电子性质的取代基之所以有利于反应进行的原因可能是其可以降低芳环的*轨道能级，从而使之容易与过渡金属催化剂中心发生作用。芳基卤代物与催化剂氧化加成后得到芳基-过渡金属络合物。这种络合结构使得苯环与催化金属离子之间的相互作用同时包括成键作用和金属d电子对芳环*轨道的反馈作用。所以，氧化加成反应产物往往有较好的稳定性。偶联反应中所使用的芳基卤代物大多为ArCI和ArBr，而ArCl由于反应活性低而较少使用。但是与前两者相比，氯代芳基化合物

3、更加廉价易得。因此，近年来越来越多的工作集中于开发氯代芳基化合物的偶联反应上。随着富电子配体的开发与使用，已成功解决了氯代芳基化合物氧化加成难以顺利进行的难题，这些富电子配体主要有富电子膦配体及氮杂环卡宾类（NHC）配体1.2 金属交换金属交换不涉及金属价态的变化，是两个金属试剂的复分解反应。在这一反应步骤中，过渡金属（M）具有较大的电负性，使得亲核试剂易将其有机官能团转移到过渡金属中心，并产生新的C-M键。一般认为金属交换反应是经过如下步骤进行的 （Scheme 2）:81-7间体，以促进反应的进行。最近的研究表明，OH离子不仅能促进金属交换，还能加快消除反应1.3 还原消除在偶联反应中，还

4、原消除反应与氧化加成互为逆反应。通过此步骤，二价过渡金属被还原成零价，同时生成目标产物。还原消除反应是过渡金属催化下的特征反应，由于电子结构等原因，主族金属不能进行此反应。一般认为还原消除有两种反应途径：（1）四配位的Pd除得到Pd（0）（）10-12-直接进行顺式还原消以及R1-R2。（2）四配位的Pd（）络合物1先生成三配位的T-型中间体2并通过还原消除由3变为Pd（0）以及目标产物13（Scheme 3）。有许多文章报道还原消除反应14-18经过此类配体解离过程。由以上可知，还原消除反应是高价态金属得到电子，从而使化合价降低的过程，因此当配体缺电子时有利于增加中心过渡金属的正电性，促进得

5、电子过程，从而使消除反应顺利进行。R1L-LRR'LR'+L2Pd0R2R3MX+R2MR2+MXScheme 3Scheme 2有机金属化合物（M-R）中的金属离子可以是Li、Mg2 氯化钯催化的suzuki偶联反应OBrBr+B(O2H)O232OScheme 4纪三郝：氯化钯及其配合物催化的Suzuki交叉偶联反应研究进展氯化钯是有机合成中较为常见的催化剂，它具有很多优175基苯硼酸在PdCl2催化下合成了1，2-二（4-乙酰基苄基）苯，得到49.3%的中等产率（Scheme 4）。2005年Zou等22点:催化活性高，反应条件温和，选择性及立体选择性较高，稳定性好及可再

6、生等。最早的一个反应是使用对水稳定的19PdCl2对2-氯苯腈与有机硼酸进行催化偶联，其反应收率报道了PdCl2催化溴苯或氯苯与苯硼酸DMF-5%H2O反应的Suzuki交叉偶联反应，其中Cs2CO3作为碱，做溶剂。当苯环上有吸电子取代基时，产率最高能达到88%（Scheme 5）。约为90%。以此为基础，Miyaura等开发了一系列PdCl2体系催化的交叉偶联反应20。Yuan等21由邻二溴苄与4-乙酰ArX+X=Br,ClRB(OH)222ArRScheme 52006年Wang等23利用氯化钯催化，以PEG-300做溶剂，实现了活泼氯代芳烃与芳基硼酸的交叉偶联反应。该实验说明，PdCl2

7、/PEG-300体系可以高效的催化Suzuki交叉偶联反应。并且，不论体系中含有吸电子取代基或供电子取代基，均可以在比较温和的条件下高效率转化为目标产物（Scheme 6）。+R'2K2CO3,PEG-300RR'ArB(OH)2+Ar2223Ar2Scheme 73 氯化钯含膦配合物催化的suzuki偶联反应从以上suzuki交叉偶联反应的机理可以看出，配体对于PbCl2非常重要，因为此反应中需要供电子配体，尤其是(0)从而有需要供电子能力强且位阻比较大的配体来稳定Pd，(0)利于Pd与卤代芳烃进行氧化加成和还原消除等反应。Scheme 6Du等24Morris等报道了PdC

8、l2催化下，以K2CO3做碱，芳基硼酸25用Pd（dppf）Cl2催化4-吡啶硼酸和溴代水杨酸酐交叉偶联反应，得到3-或4-芳基吡啶，产率64%（Scheme 8）。与溴代芳烃之间的交叉偶联反应。该反应在室温下即可进行，反应时间短，有较高的产率（Scheme 7）。OOBr+B(OH)2Pd(pddf)Cl2NaCODME/H2O(3:1)NOONNguyen等264hScheme 8利用Pd（dppf）Cl2与PPh3的配合物作为催成3-苯基-5-叔丁基水杨醛，产率67%（Scheme 9）。化体系，催化3-溴-5-叔丁基水杨醛和有机硼试剂反应，生OHOHCBr+B(OH)2Pd(pddf)

9、Cl2Na2CO3OHCOHRDME/H2O(3:1)Scheme 9R176 纪三郝：氯化钯及其配合物催化的Suzuki交叉偶联反应研究进展如前所述，当芳环上有供电子取代基时，偶联反应不易偶联，此反应不仅产率高达99%，且可以在水相中进行27（Scheme 10）。2Ph进行，所以需要活性更高的催化剂配体。有报道的PdCl2(PPh3)2催化体系，由氯代吡啶与2-苯基-3-氨基吡啶2ClScheme 10Miyaura等28利用PdCl2(PPh3)2催化有机硼酸酯与烯基卤化合物进行偶联反应，可合成1，3-双二烯（Scheme 11）。OBBOO+XRR1R2R2PdCl(PPh)KOPh,

10、toluene50Scheme 112008年Lipshutz等29OBRR1报道了钯配合物Pd(dtbpf)Cl2催化卤代芳烃和芳基硼酸的偶联反应，其溶剂为两亲性分子PTS水溶液，并有效促进了反应的进行（Scheme 12）。2006年Ragauskas等30报道了以Pd(DPPF)Cl2作为催化剂，在纯水溶剂中实现了溴苯与芳基硼酸交叉偶联，并且产率较高（Scheme 13）。2009年Guo等31报道合成了一种对空气与水稳定的PdCl2衍生膦配合物，其结构如下图所示。该催化剂，温和且高效地催化了芳基硼酸与溴代芳烃之间的偶联反应，并且Pd(dtbpf)Cl2Scheme 12以CH3COCH

11、3/H2O (1:1)溶液作为溶剂，对水的耐受性好（Scheme 14）。Br+B(OH)2Scheme 13ClNRArBr+B(OH)332Na2CO3,rtScheme 14RAr纪三郝：氯化钯及其配合物催化的Suzuki交叉偶联反应研究进展2014年，李永清等32使用Pd(DPPF)Cl2作为催化剂，以177溴代茚化合物与有机硼化合物作为原料，高效催化反应生成结构单一的联苯茚类化合物（Scheme 15）。+RBR:+Scheme 16352006年，Nicolas Marion等报道了含氮杂环卡宾乙R=Bu-t烯与氯化钯的配合物在室温下催化suzuki偶联反应，该催化剂对于不活泼的芳

12、基氯同样有效（Scheme 17）。Scheme 154 氮杂环卡宾配体的氯化钯配合物催化的suzuki偶联反应N-杂环卡宾（简称NHC）是一类给电子特性优良，能够与过渡金属形成反馈键的新型金属配体。由于N-杂环卡宾配体特殊的配位性质，在suzuki交叉偶联反应中既可以稳定催化剂金属中心，有效避免钯黑的形成，又可以活化金属中心，与常见的膦配体相比，具有制备过程简单，成本低廉，稳定性好，低毒性等特点，近年来成为钯催化偶联反应中最重要的配体之一33RRScheme 17342006年，Oscar Navarro等报道了氯化钯的含氮杂环Organ等36以K2CO3作为碱，用一系列大位阻咪唑盐与卡宾配

13、体作为suzuki交叉偶联反应的催化剂，该反应的溶剂是异丙醇（Scheme 16）。PdCl2、3-氯吡啶反应生成了N-杂环卡宾与3-氯吡啶共同配合的氯化钯催化体系Pd-PEPPSI（Scheme 18）。PdCl2+RCl+K2CO3,80,16hPd-PEPPSIScheme 18该体系之所以被称为PEPPSI是由于计算得知吡啶与(0)（）(0)Pd络合的能量比Pd低，因此Pd物种形成时吡啶可以二氯甲烷为溶剂，可以与Net3络合形成NEt3与N-杂环卡宾协同支持的单体络合物(IPr)PdCl2(TEA)。针对此种络合物Navarro等37离去。即吡啶既可以稳定N-杂环卡宾二价钯配合物，又可

14、(0)这一催化体系对氯代芳以促进相应的Pd活性物种的形成，进行了X-射线晶体结构表征，并将之应用于苯硼酸与氯代芳烃的Suzuki交叉偶联反应，次催化剂表现出较高的催化活性（Scheme 19）。烃的suzuki偶联反应有很高的催化活性。二聚的N-杂环卡宾氯化钯(IPr)PdCl22在室温下，以178 纪三郝：氯化钯及其配合物催化的Suzuki交叉偶联反应研究进展ClR+Scheme 195 其他类型的氯化钯催化剂催化的Suzuki偶联反应2003年，Nájera等38的混合溶液。该反应体系适用于N,N-二甲基、氨基、乙酰基和羟基取代的溴代芳烃与苯硼酸的Suzuki偶联反应，且产率较高

15、，为75%99%。而对于氯代芳烃的反应则必须有TBAB作为添加剂，产率约为73%99%（Scheme 20）。 将联吡啶配体与H2PdCl4络合形成PdCl2衍生物催化剂，并将其用于卤代芳烃与苯硼酸的Suzuki偶联反应。此反应中，碱为K2CO3，溶剂为DMF与水ClCat*ClR+B(OH)R=4-MeCO,4-OH,4-Me2N,4-NH2X=Br,ClScheme 202004年Nájera等39又将上述催化体系应用于水溶剂，2005年，Nájera等40报道了将上文所述单体催化剂衍催化氯代芳烃和溴代芳烃与有机苯硼酸的Suzuki交叉偶联反应。该反应以K2CO3作为碱

16、，100摄氏度下加入少量催化剂（0.002mol%）即可高效催化反应的进行，产率达到82%99%。而对于氯代芳烃与有机硼酸的偶联反应，需要增加催化剂用量，并加入TBAB才可以使反应顺利进行（产率69%100%）。X=Br,ClY=Ac,OHn生为聚合物联吡啶钯类催化剂，并将其应用于催化卤代芳烃与苯硼酸交叉偶联反应。该反应以K2CO3作为碱，反应温度为100%，在以水作为溶剂的反应中，两种催化剂均能有很好的催化效果。但是，在同样的条件下，对乙酰基氯苯和苯硼酸反应则不顺利，需要增加催化剂的用量，并且同时加入TBAB，再能顺利进行（Scheme 21）。56%99%ClScheme 22n2010年

17、，Uozumi等41报道了可重复使用的聚合物型催Cl化剂，并且将其应用于催化卤代芳烃与芳基硼酸的偶联反应。该反应体系以水为溶剂，Na2CO3作为碱，100以下即可高效地催化芳基硼酸与碘苯的偶联，收率为75%99%。可贵的是，该催化剂在空气中稳定 （下转第206页）Scheme 21206 刘 凤：关于建设化工区内循环经济发展模式的研究家树立可持续的消费观，提倡健康文明、有利于保护环境的生活方式与消费方式；鼓励使用绿色产品，如能效标识产品、节能节水认证产品、节约资源和环境标识产品等；抵制过度包装等浪费资源的行为。参考文献1 北京大学城市与区域规划系, 天津经济技术开发区建设发展局. 天津经济技术

18、开发区空间整合与转型研究. 2005.2 牛桂敏. 城市循环经济发展模式J. 城市环境与城市生态, 2006(2).3 黄福波, 张艳, 姜峰. 国内生态工业园区的环境管理对策浅析J. 环境保护与循环经济, 2011(08). 4 钱伯章. 世界化工园区发展现状J. 现代化工, 2005:63-66.5 蔡禾. 城市社会学:理论与视野M. 广州: 中山大学出版社, 2003.6 王静康, 陈建新. 可持续发展与现代化工科学J. 化工进展, 2004: 1-8.系统，支持汽车发动机等废旧机电产品再制造；建立垃圾分类收集和分选系统，不断完善再生资源回收、加工、利用体系。在大区域范围内形成“自然资源

19、产品再生资源”的循环经济环路。（2）加强北区城市配套功能的建设和完善循环经济的建立需要多个行业的大量人才，泰达化工区应该为其创造良好的工作环境和生活环境。特别是在居住生活职能、现代服务业、现代物流等第三产业方面，确保对北区的循环经济各子系统提供保障和支撑。同时，加强城市配套功能的建设，也是建立循环型社区的重要基础。（3）在社会消费环节，大力提倡绿色消费“绿色消费”是循环经济发展的内在动力。它主要是指在社会消费中，不仅要满足我们这一代人的消费需求和安全、健康，还要满足子孙万代的消费需求和安全、健康。它倡导消费者在消费时选择未被污染或有助于公众健康的绿色产品；倡导在消费过程中注重对垃圾的处置，不造成环境污染；引导消费者转变消费观念，崇尚自然、追求健康，在追求生活舒适的同时，注重环保、节约资源和能源，实现可持续消费。泰达化工区要实现循环经济，还应该广泛宣传并倡导大（上接第178页）_，可回收，并且使用五次以后其催化活性依然较高，相同条件下取得的产率基本保持不变（Scheme 22）。 6 结论