经典化学合成反应标准操作钯催化的插羰反应
编者：钱占山
药明康德新药开发有限公司化学合成部
Contents
1．前言...........................................................................2-3 2．插羰反应制备羧酸及其衍生物.......................................4-15 3．插羰反应制备羧酸实验操作..........................................15-16 4．插羰反应制备羧酸酯实验操作....................................16-19 5．插羰反应制备酰胺实验操作.......................................19-20 6．插羰反应制备醛 (20)
7．插羰反应制备醛实验操作………………………………………21-22 8．插羰反应制备酮………………………………………22-30 9．插羰反应制备酮实验操作………………………………………30-31
1. 前言
在有机合成中，钯催化的反应是一类特别有用的反应，它提供了一种形成碳-碳键的独特的方法。这类反应的优点：1、不需要加入其他氧化剂催化；2、只需催化量的钯催化剂。钯催化的插羰反应是这类反应中应用最为广泛的反应之一，在这里我们将重点介绍它。
众所周知，在格氏反应中单质镁金属与带有sp3杂化碳原子的有机卤化物（烷基卤化物）反应要比带有sp2杂化碳原子的有机卤化物（芳基和烯基卤化物）反应更容易。而与此相反，钯的络合物与含有sp2杂化碳原子的有机卤化物反应更容易。换句话说，烯基和芳基卤化物非常容易与Pd(0)发生氧化加成反应，从而生成含有钯-碳б-键的络合物中间体1；然后，不饱和化合物（例如：烯烃、共轭二烯、炔烃和一氧化碳等）插入到钯-碳键之间；最后，经过还原消去或者β-氢消去反应生成相应的目标化合物。与此同时，Pd(0)催化剂得以再生并开始新的催化循环。由此可见，正是因为生成了这种含有钯-碳б-键的络合物中间体，才使得接下来的插入和金属转移过程变成可能。
实验证明，Pd的配合物比较容易与碘化物和溴化物发生氧化加成反应。碘化物可以在不加入任何膦配体的条件下，只用Pd(dba)3、Pd(OAc)2甚至是Pd/C作催化剂即可发生反应。而溴化物的反应一般是需要膦配体的。但是氯化物在一般的条件下是非常惰性的，只有用较强给电子性的具有双配位基（bidentate）的配体（如dppp），同时在非常剧烈的条件下才能发生反应。例如氯苯的钯催化反应往往要加入Cr(CO)3，目的是利用它的强吸电子性活化Cl-C键。应该指出的是，为了中和反应生成的HX酸，碱（R3N、NaOAc、KOAc、Na2CO3、K2CO3等）的使用是必需的。
除了卤化物以外，类卤化物R-X = ArCO-Cl, ArSO2-Cl, Ar-N2+X-, R-OP(O)(OR)2, R-OSO2CF3 (OTf), R-OSO2R f (R f = perfluoroaikyl), R-OSO2F, R-OSO2CH3和Ar-ArI+是很好的离去基团，它们也能与Pd(0)发生氧化加成反应从而形成芳基和烯基钯配合物中间体。但是，这些离去基团对于Pd(0)的反应活性是各不相同的，它们中的某些化合物往往只能和某些特定的底物在非常特殊条件下发生反应。
最有用的类卤化物是酚的三氟甲磺酸芳基酯和从羰基化合物派生出来的三氟甲磺酸烯醇酯。芳酰基卤化物和磺酰基卤化物通过先与Pd(0)发生氧化加成反应，紧接着脱去CO和SO2就形成了芳基钯配合物。另外，苯的重氮盐是形成芳基钯配合物的最活泼反应源。
烷基卤化物和Pd(0)的氧化加成反应是非常缓慢的。而且，通过烷基卤化物的氧化
加成反应得到的烷基钯配合物经过β-氢消除之后，反应就停止在这一阶段，而不再进行插入或金属转移过程。对于炔基卤化物来说，虽然没有太多的文献报道，但是炔基碘化物的确可以和Pd(0)反应生成炔基钯配合物。
2. 插羰反应制备羧酸及其衍生物
芳基和烯基卤化物在温和条件下的钯催化插羰反应是合成羰基化合物的非常有用的合成方法。反应机理是芳基和烯基卤化物先和Pd(0)发生氧化加成反应生成芳基或烯基钯配合物，然后CO 插入到钯--碳键之间，最后在醇或水等试剂的亲和进攻下就形成了相应的酯或羧酸。芳香的或α,β—不饱和的羧酸或酯就是芳基或烯基卤化物在水或醇中通过插羰反应制得的。
Pd(0)+ArX
Ar-Pd-X
CO
Ar
Pd O X
Ar
X
O +
Pd(0)
ROH 3
Ar
C OR
O +
HNR 3X
2Ar
C OH
O
X
+CO +H 2O
CO 2H
R
+CO
+
ROH
R
CO 2R
在玉米烯酮2-4的全合成中，酯2-3是通过基团密集的芳基碘化物2-1的插羰反应制得的。然而醇分子2-2中的烷基碘部分是不参与反应的。
OMe
MeO
I
SPh
+
CO +
I
OH
O
O
223120C, 12 atm., 70%
OMe MeO
SPh O
O
O O
I OMe MeO
O
O
O
2-3
2-1
2-2
2-4
三氟甲基丙烯酸甲酯2-6 被制备是通过3,3,3-三氟-2-溴丙烯的插羰反应。这个羰基化反应在烷基尿素存在下就生成化合物2-7，它可以进一步被转化成三氟甲基尿嘧啶2-8。这是个非常有价值的反应。
Br F 3C
+CO +MeNHCONHMe
PdCl (Ph P), 100o C 3RO 2C
F 3C N N O O
CF 3
N N O
O CF 3
2-5
2-6
2-7
2-8
在通常情况下，碘化物和溴化物常被用于插羰反应，而氯化物是非常惰性的。但是，在使用双配位基膦（bidentate phosphine ）的条件下，芳基氯化物的氧化加成反应可以顺利进行。因为双配位基膦可以和钯形成一个六元环螯合物结构，这样就增强了钯的电子云密度。举个例子，苯甲酸可以通过氯苯的羰基化反应合成，但是这个反应必须要用bis(diisopropylphosphine)propane 2-9（dippp ）作为配体，在150o C 高温条件下进行。另外，tricyclohexylphosphine 被用于芳基卤化物在氢氧化钾水溶液等两相条件下的插羰反应也是可取的。
Cl
+
CO +n-BuOH
Pd(OAc), dippp, AcONa 150C, 70 Psi, 89%
CO 2Bu
dippp:
P P
2-9
碘苯的衍生物在H 2O/DMF （1:1）的混合溶剂中，不加任何膦配体在室温和1atm 压力下就可以进行插羰反应生成苯甲酸的衍生物2-10。在利用插羰反应合成邻氨基苯甲酸衍生物2-10的过程中发现，反应物邻溴苯胺衍生物上的氨基被乙酰基保护对插羰反应
是至关重要，这也许是螯合效应的缘故。
I
+
CO
+
H 2O
Pd(OAc), K CO , DMF
1 atm., rt., 92%
CO 2H
2-10
+CO +H 2O
2323Bu 3N, 120C, 3 atm., 85%
NHCOMe Br
NHCOMe
2H 2-11
在卤化物的插羰反应中，有时需要钯催化剂和相转移催化剂合用来催化反应。1,1-二溴烯烃2-12在相转移催化剂BnNEt 3Cl 的作用下成功的合成出不饱和二羧酸2-13。在此反应中，极性溶剂的使用是非常重要。
+
CO
Pd, dppe, BnNEt Cl t-AmOH, NaOH, 82%
2-13
Br Br 2H CO 2H 2-12
醇2-14用Pd(OAc)2和Ph 3P 作催化剂在甲苯溶剂中插羰可以得到内酯2-15。有趣的是，在此反应中加入Me 3SiCl （2 equiv.）可以非常明显提高反应收率。
N MeO MeO
OH
Br
MeO
+
CO
23Me 3SiCl, 100%
N MeO MeO
O MeO
O
2-15
2-14
甲酸酯可以代替CO 作为插羰反应的羰基源，它常和NaOR 一起用于插羰反应。碘苯在氮气保护下，用PdCl 2(Ph 3P)2作催化剂，与甲酸甲酯和甲醇钠反应制得苯甲酸甲酯。
氯苯在Cr(CO)3活化下可以与甲酸乙酯发生插羰反应。
I
+
HCO 2Me MeONa
PdCl (Ph P)o 22CO 2Me
+
苄氯插羰可以得到苯乙酸酯。苄氯在两相溶剂（水和庚烷）中用水溶性的磺化的膦化物作为配体（water-soluble sulfonated phosphine ，DPMSPP ）通过插羰反应以较高的收率（89%）制得苯乙酸2-16。
+CO +H 2O
PdCl L , NaOH hepane, 89%
2-16
Cl
CO 2H
L =
Ph 2P SO 3Na
在一个大气压下，通过用triethylbenzylammonium chloride 作为相转移催化剂，苄氯和叔丁醇插羰反应可以制备苯乙酸叔丁酯。
+CO
t-BuOK
PdCl (Ph P), Ph P, BnEt NCl AcONa, 1 atm., 70o C, 60%
+
Cl
CO 2-t-Bu
苄基卤化物的插羰反应还可以在中性的的条件下进行，例如使用分子筛、四甲基尿素等。在大环内酯弯孢霉菌素2-20的全合成中，酯2-19的制备就是在这种中性的条件下通过苄基氯化物的钯催化插羰反应而获得的。
MeO
Cl
+
HO
O BnO
232100C, 10 atm., 70%
MeO
OMe
O
O
BnO 2C MeO
OMe O
O
O 2-17
2-18
2-19
2-20
虽然绝大多数的醋酸苄酯不能应用于插羰反应，但是手性化合物1-和2-(1-acetoxymethy)naphthalenes 2-21可以进行插羰反应的，它在HCO 2Na 和dppp 的条件下通过formate-mediated carbonylation 得到羧酸2-22和2-23（84:16）。同样，相应的1-naphthylethyl formate 也能进行插羰反应。
OAc
+CO
PdCl , dppp HCO 2Na, 120C, 57%
CO 2H +
CO 2H
2-212-22
2-23
84 : 16
苯乙酸衍生物2-25也可以由带有给电子基团的芳香醛2-24通过插羰反应获得。这个反应要在110o C ，50-100 atm （CO ）压力和Pd-Ph 3P-HCl 的催化体系中进行。此反应的可能机理如下所示：
23HO
MeO
CHO
+
2CO +EtOH
HO MeO
CO 2Et
ArCHO +HCl
Ar
H
Cl
Ar
H
CO 2R
Ar
Cl
H CO 2R
Ar
CO 2H
H
CO 2R ArCH 2CO 2R +CO 2
2-24
2-25
三氟甲磺酸苯酚酯用Ph 3P 作为配体插羰可以制得芳香酸酯。如果这个反应改用dppp 作为配体，反应速度可以提高500倍。这个反应是由苯酚制备苯甲酸酯和由萘酚制备萘甲酸酯2-26的非常好的方法。
OTf
+CO +MeOH
23Et 3N, 60C, 1 atm., 78%
CO 2Me
2-26
轴手性化合物1,1’-联萘-2,2’-二酚的三氟甲磺酸酯2-27用dppp作为配体插羰可得单羧酸酯2-28。而光学纯二羧酸酯2-29在类似的条件也能得到，但必须要用4.4倍量的受阻胺（hindered amine），例如ethyldiisopropylamine；这种胺的用量对于二羰基化反应来说是至关重要的，多于或少于4.4倍量都会得到单酯2-28。
+CO+MeOH Pd(OAc)2
dppp
47%
2Me
2Me
2Me
(R)-
2-27
2-28
2-29
由醛或酮派生的三氟甲磺酸烯醇酯通过插羰反应可以得到α,β-不饱和酯。甾族酯可以从他们相应的三氟甲磺酸芳香酯和烯醇酯制得。在下列化合物2-30中，三氟甲磺酸烯醇酯要比三氟甲磺酸芳香酯反应活性更高，因此这个插羰反应是逐步进行的。首先，三氟甲磺酸烯醇酯插羰得到胺2-31；然后，在DMSO中用dppp作配体进行第二次插羰得到酯2-32。
OTf
TfO
+CO+i-Pr2NH
Pd(OAc)(Ph P)
60C, 1 atm., 59%
CONPr2
TfO
Et3N, DMSO, 70C, 1 atm., 73%
CONPr2
MeO2C
2-302-31
2-32
通过插羰反应制备羧酸是在水中进行的。对于enol triflate和aryl triflate的羰基化反
应来说，选择反应溶剂是至关重要的。Enol triflate 2-33的插羰反应制备羧酸要在水和DMF的混合溶剂中才得以进行。Aryl triflate 2-34的羰基化反应要在水和DMSO的混合溶剂中进行，并要用dppp作配体。由enol triflate 2-35制备α,β-不饱和羧酸2-36是用dppf作配体在水和DMF的混合溶剂中进行的。
+CO+H
2O Pd(OAc)(Ph P), AcOK DMF, rt., 1 atm., 82%
OTf CO2H
Ph
2-33
+CO+H
2O
2
60C, 1 atm., 95%
OTf CO2H 2-34
OAc
O
2Me
+CO+H2O2
DMF, 1 atm., 82%
OAc
2H
O
CO2Me
2-36
2-35
非常有意思的是，在碱性条件下，碘苯可以和氯仿反应生成苯甲酸，此反应无需CO参与。
I
+CHCl3+5KOH
PdCl(Ph P)
PhH, 69%
CO2Na
其他的类卤化物也可以用于插羰反应。Phenyl fluorosulfonate 2-37插羰可得苯甲酸酯。Aryl(alkenyl)iodonium salts、aryl(alkenyl)iodonium salts 2-38和aryl(alkynyl)iodonium salts 2-39时活性非常高化合物，他们在比较温和的条件（室温, 1 atm）下就可以插羰生成芳基、烯基和炔基酯。Iodoxybenzene 2-40在1atm，40o C的水溶剂中就可以发生插羰反应得到苯甲酸。另外，苯甲酸的衍生物也可以通过芳基重氮盐在温和条件下插羰反应制备。例如，苯基重氮盐2-41在醋酸中插羰可得混合酸酐2-41。利用这个方法，硝基
苯可以间接转化成苯甲酸。
OSO 2F
+CO +MeOH
2Et 3N, 1 atm., 60o C, 88%
CO 2Me
2-37
PhI +BF 4-+CO +MeOH
23rt., 1 atm., 84%
CO 2Me
2-38
Bu
I +Ph O -Ts +CO +MeOH
23rt., 1 atm., 64%
Bu
CO 2Me
2-39
PhIO 2+CO +H 2O 1 atm., 40C, 71%
PhCO 2Na
2-40
PhN 2BF 4+CO +MeCO 2Na
Pd(OAc)Ph
O O O
2-41
2-42
在CsF 存在下，芳基卤化物能够极其温和的条件下进行插羰反应，并以较高收率得到酰基氟化物2-43。与酰氯不同，酰氟对于钯催化剂来说是惰性的。苯磺酰氯2-44在160o C 和titanium tetralkoxide 存在下，经过脱磺酸基和插羰反应可以得到苯甲酸酯2-45。
+CO +
CsF
91% conversion
PdCl (Ph P), 80o C I
80% selectivity
COF
Cl 2-43
SO 2Cl
+CO +Ti(o-iPr)4
34o 10 atm., 66%
CO 2-i-Pr
2-44
2-45
杂芳环溴化物通过插羰反应可以生成杂芳基酯（例如：2-46）和杂芳酰胺。甚至二氯吡嗪2-47和氯吡啶在比较苛刻的条件（120 o C, 40 atm ）下都可以进行插羰反应。
N S
Br
+CO +EtOH
PdCl (Ph P)Et 3N, 100C, 95%
N S
CO 2Et 2-46
+CO +MeOH
Pd (dba), Ph P 120o C, 66%
N N Cl
N
N MeO 2C
CO 2Me
2-47
Trifluoroacetimidoyl iodides 2-48 在温和条件下的插羰反应可以被用来合成三氟甲基甘氨酸的衍生物2-49和2-50。
+CO +EtOH
Pd (dba), K CO F 3C
I N F 3C
CO 2Et N Tol
Zn
64%MeLi 65%
F 3C
CO 2Et
NH 2F 3C
CO 2Et NH 2
2-48
2-49
2-50
在1 atm 压力，伯胺或仲胺存在的情况下，卤化物的插羰反应生成酰胺。带有氨基的芳基溴化物的分子内羰基化反应可以得到内酰胺，这个方法已经被应用于异喹啉生物碱2-51的合成。天然七元环内酯2-52（tomaymycin, neothramycin ）的合成也是通过这个方法。α-烯基-β-内酯2-53的形成也是通过2-溴-3-烷氨基-1-丙烯的分子内羰基化反应。
MeO EtO
Br
H N OMe
+
CO
3MeO
EtO
N
OMe
2-51
TsO EtO
Br N +
CO
Pd(Ph P), Bu N 110C, 69%
O
O
N H OR
TsO EtO
N N
O
O
OR
2-52
N
2Bn
OBn
+CO
23380o C, 4 atm., 62.7%
N 2Bn OBn
O
2-53
邻二碘苯和伯胺的插羰反应可以生成邻苯二甲酰亚胺2-54。在DBU 或2,6-二甲基吡啶存在下，碘苯和邻苯二胺的插羰反应得到2-苯基苯并咪唑2-56。手性的aryl 或alkenyl oxazoline 2-59被制备是通过aryl 或enol triflates 在手性氨基醇2-57存在下先进行插羰反应得到酰胺2-58，然后再在SOCl 2中脱水关环。
I I
+PhNH 2+
CO
PdCl (Ph P)DBU,63%
N O
O Ph 2-54
NH 2
NH 2+I +
CO
PdCl (Ph P)N
H N 2-55
2-56
OTf
+CO+
*
H2N
HO
Pd(dba),dppp,Et N
1 atm, 70C, 62%
N
H
O
HO
2
N
*
O
2-572-58
2-59
对于插羰反应来说，烯基氯化物一般是非常不活波的，但是氯乙烯是个例外，它可以和NH3在100o C发生插羰反应生成迈克尔加成产物酰胺2-60，这个反应的收率非常高。
Cl +CO+NH3
PdCl(Ph P)
100o C
H2N
CONH2
3
2-60
在一定条件下，卤化物还可以进行两次插羰反应，从而生成α-酮酸的衍生物。它是单羰基化反应的竞争反应。用Ca(OH)2作碱，烷基膦作配体，碘苯在水中插羰生成α-酮酸（苯基乙醛酸）2-61。同样，在水和异丙醇的混合溶剂中，Ca(OH)2作碱，Me3P 作配体，碘苯经过两次插羰和还原之后得到苦杏仁酸2-62。另外，碘苯和二级胺在用烷基膦或双齿膦作配体的条件下经过二次插羰反应生成α-酮酰胺2-63，此反应的化学选择性非常高。邻碘苯胺衍生物的二次插羰产物可以转化成靛红2-65和喹啉2-64。氯苯在Cr(CO)3作用下，用PdCl2(MePh2P)2作催化剂经过两次插羰反应生成α-酮酰胺和苯甲酰胺。
I
+2CO+H2O
t-BuOH, 150 atm, 100C
O
OH
O
OH
O
+
77%11%
2-61
I
+2CO+H2O
PdCl(Et P),
2
OH
OH
O
2-62
OH
+CO +Et 2NH
PdCl (MePh P)100C, 95%
Ph-I PhCOCONEt 2+
PhCONEt 2
86 : 14
2-63
I
NHAc
+
CO
+
Et 2NH
PdCl (MePh P)NHAc
COCONEt 2N N
H O
O 93%
1
.N a O H .M
e C O M e 2-64
2-65
Cl
+CO +Et 2NH
PdCl (MePh P)PhMe, 100o C
COCONEt 2
CONEt 2
+
51.7%
46.6%
Cr(CO)3
2-66
α-酮酯2-67能够通过碘苯和大位阻二级胺的二次羰基化反应形成，但是这个反应的选择性非常低。对于二次插羰反应来说，烯基溴化物比芳基卤化物的反应活性更低。
α-酮酰胺能够通过芳基和烯基溴化物的二次羰基化反应得到，而α-酮酯是不能够通过他们在相应醇中的羰基化反应得到。
+CO +sec-BuOH
Et 3N, 91% conv.
PhI PdCl 2(PCy 3)2PhCOCO 2Bu +
PhCO 2Bu
64 : 36
2-67
3. 插羰反应制备羧酸实验操作
+CO +H 2O
2323Bu 3N, 120C, 3 atm., 85%
NHCOMe Br
NHCOMe
CO 2H 2-11
A 200-mL glass pressure bottle equipped with two valves and a pressure gauge was charged
with 8 mg of Pd(PPh3)(Cl)2, 40 mg of triphenylphosphme, and 2.0 g of 2-(acetylamino)-5-(1-methylethyl) phenylbromide. The bottle was then evacuated, refilled with argon three times, and charged further with 2.2 mL of deoxygenated tri-n-butylamine and 0.5 mL of deoxygenated water. The apparatus was then pressurized with 3 atm of carbon monoxide, sealed, heated 18 h with stirring at a bath temperature of 120-125 °C, and then allowed to cool. The final pressure was 1.1 atm at 23 °C. Hydrochloric acid (2.4 M) was added to the viscous orange-brown reaction mixture in four 2-mL portions with constant agitation. The crude yield of 2-11 which separated (95% pure by NMR) was 1.63 g (94%). Recrystallization from ethanol-water gave 1.35 g (78%) of a light yellow solid.
4. 插羰反应制备羧酸酯实验操作
OMe
MeO
I
+CO+
I
OH
O
O223
120C, 12 atm., 70%
OMe
MeO
SPh
O
O
O
O
I
OMe
MeO
O
O
O
2-3
2-12-2
2-4
A mixture of the iodobenzene 2-1 (0.46 mmol), w-indo alcohol 2-2 (0.83 mmol), K2CO3 (1.38 mmol), and PdCl2 (0.04 mmol) in dry benzene (6 mL) was heated at 120℃with stirring in an autoclave under carbon monoxide (12 atm) for 16 h. The reaction mixture was filtered and the easter 3 was isolated by column chromatography in 70% yield.
N
O
N O
O N
N
N
Br
F
F
F
F
F
F2
Et3N, EtOH, 90C
N
O
N
O
O
N
N
N
F
F
F
F
F
F
O
O
（2R,4S ）
-4-{[3,5-Bis(trifluoromethyl)benzyl]-(5-bromopyrimidin-2-yl)}-amino-2-ethyl-6-methoxy-3,4-dihyfro-2H-[1,5]naphthridine-1-carboxylic acid ethyl ester (18 g) is dissolved in N,N-dimethylformamide (60 mL), and thereto are added palladium acetate (611 mg), 1,1’-bis(diphenylphosphino)-ferrocene (3.02 g), ethane (31.7 mL) and triethylamine (37.9 mL). The mixture is purged by carbon monoxide at room temperature for 10 minutes, then is heated at 90 o C and stirred overnight under 40 psi of carbon monoxide. The reaction solution is cooled to room temperature, and thereto is added saturated brine and extracted with ethyl acetate. The organic layer is washed with saturated brine, dried over magnesium sulfate, and concentrated under reduced pressure. The resulting residue is purified by column chromatography
(silica
gel;
hexane:ethyl
acetate
=
8:1)
to
give
(2R.4S)-4-{[3,5-bis(triflouromethyl)benzyl]-(5-ethoxycarbonylpyrimidin-2-yl)}amino-2-ethyl -6-methoxy-3,4-dihydro-2H-[1,5]naphthyridine-1-carboxylic acid ethyl ester (12.4 g).
CO, Pd(PPh )Cl Et 3N, EtOH, 80C
N
I
NH 2
O NH
N
NH 2
O NH
O
O
O
O
To a stirred solution of 3-(aminocarbonyl)-4-{[3-(methyloxay)penyl]amino}-6-iodoquinoline (1
g)
in
ethanol
(50
mL)
was
added
triethylamine
(0.63
mL)
and
dichlorobis(triphenylphosphine)palladium (II) (0.08 g). The flask was evacuated and refilled with nitrogen three times and then evacuated and refilled with carbon monoxide two times. The mixture was heated at 80o C under an atmosphere of carbon monoxide for 16 h. the mixture was cooled to 20o C and the solvent removed in vacuo . Purification by column chromatography on silica gel, eluting with 9:1 ethyl acetate: cyclohexane, gave the title compound as a pale yellow solid (0.8 g).
CO, Pd(dppf)Cl NaOAc, Methanol, 90C
N
Br
N
N N
N
N
N N
O
O
6-bromo-4-[2-(6-methyl-pyridin-2-yl)-5,6-dihydro-4H-pyrrolo[1,2-B]pyrazol-3-yl]-quinoline (22.7 g, 45 mmol) is added to a mixture of sodium acetate (19 g, 230 mmol) and the palladium catalyst [1,1’-bis (diphenylphosphimo) ferrocene] dichloropalladium (II) complex with dichloromethane (1:1) (850 mg, 1.04 mmol) in 130 mL methanol. Place the mixture under 50 psi carbon monoxide atmosphere and stir while warming to 90o C over 1 hour and with constant charging with additional carbon monoxide. Allow the mixture to cool over 8 hours, recharge again with carbon monoxide and heat to 90o C. The pressure may rise to about 75 psi. The reaction is complete in about an hour when the pressure is stable and TLC (1:1 toluene/acetaone) shows no remaining bromide. Partition the mixture between methylene chloride (600 mL) and water (1 L). Extract the aqueous portion with an additional portion of methylene chloride (400 mL). Filter the organic solution through a 300 mL silica plug and wash with 500 mL methylene chloride, 1200 mL ethyl acetate and 1500 mL acetone. Discard the acetone portion. Combine appropriate fractions and concentrate to yield 18.8 g (87.4%) of the desired subtitled intermediate as a pink powder.
Cl
H N N
I
33Cl
H N
N
O
A solution of N-(4-chlorobenzyl)-4-hydroxy-6-iodo-3-quinolinecarboxamide (30.0 g), Et 3N (19.1 mL), MeOH (110.6 mL), Pd(OAc)2 (431 mg), and 1,3-bis(diphenylphosphino)propane (791.9 mg) in 375 mL anhydrous DMF is stirred at room temperature until everything dissolves. CO (g) is slowly bubbled through for 2 days and the reaction is maintained at 70o C. The reaction is cooled to room temperature. The product is precipitated by adding 160 mL 1 N HCl into the reaction mixture. An orange solid precipitates is collected. The solid is triturated with EtOAc, filtered, and washed with CH 2Cl 2 to afford 23.8 g (93 % yield) of the title compound as an off-white solid.
3433N Boc
N 2Me
Boc
A mixture of 2-(3-iodo-2-methyl-phenyl)-pyrrolidine-1-carboxylic acid tert -butyl ester (26 g, 0.067 mol), Pd(PPh 3)4 (2.4 g, 0.002 mol), Et 3N (14.3 mL, 0.1 mol), 110 mL of acetonitrile and 50 mL of methanol was stirred under 50 Psi of carbon monoxide at 50 ?C for 8 h. The reaction mixture was filtered and concentrated in vacuo. The residue was dissolved in 250 mL of ethyl acetate, then washed with water and brine, dried over anhydrous sodium sulfate and concentrated in vacuo to give crude product, which was purified by column chromatography (petroleum ether: ethyl acetate 30:1 to 10:1) to afford the title product (20 g, 93%) as a gray solid.
Br
N
O
CO 2CH 3N
O
Et 3N, CH 3OH, CH 3CN
PdCl 2 (18.4 g, 0.104 mol) and BINAP (27.6 g, 0.044 mol) were added to a solution of 5-(2-bromo-phenyl)-oxazole (331.0 g, 0.44 mol) and Et 3N (242.2 g, 2.22 mol) in 6 L CH 3OH/CH 3CN (2:1) in steel bomb. The mixture was stirred at 100 ?C under CO (1 atm) for 48 h. The mixture was filtered and the filtrate was evaporated. The residue was purified by column chromatography (EtOAc/petroleum = 1:10) to give 2-oxazol-5-yl-benzoic acid methyl ester (210.0 g, 70 %) as brown oil.
5. 插羰反应制备酰胺实验操作
TsO EtO
Br N +
CO
343110C, 69%
O
N H
OR
TsO EtO
N N
O O
O
OR
2-52
2-52-A
A mixture of 2-52-A (6.3 mg, 11 rmnol), Pd(PPh 3)4 (1.27 g, 1.1 mmol) and n-Bu 3N (4.47 g, 24.2 mmol) in toluene (20 mL) was heated under carbon monoxide(10 atm) at 1l0o C for 24 h. Ethyl acetate was added to the reaction mixture and the organic layer was washed with 5% HCl, 5% Na 2S 2O 3, sat. NaHCO 3 and then brine, dried over Na 2SO 4 and evaporated. The
钯催化反应及其机理研究 摘要：目前过渡金属催化的有机反应研究一直是一个比较热的话题，其中由于钯催化的反应活性和稳定性等原因，使其在有机反应中得到了广泛的使用，被全球广泛关注。本文主要列举了钯催化的交叉偶联反应的机理，及与偶联反应相关的钯催化的碳氢键活化反应、钯催化的脂肪醇的芳基化反应等的机理。 关键词：过渡金属催化偶联反应钯催化机理 1.引言 进入二十一世纪以后，钯催化的偶联反应已经建立了比较完整的理论体系，研究的侧重点也和以前有所不同化学键的断裂和形成是有机化学的核心问题之一。在众多化学键的断裂和形成方式中，过渡金属催化的有机反应有着独特的优势：这类反应通常具有温和的反应条件，产率很高并有很好的选择性（包含立体、化学、区域选择性）。很多常规方法根本无法实现的化学反应，采用了过渡金属催化后可以很容易地得到实现。在众多过渡金属中，金属钯是目前研究得最深入的一个。自上世纪七十年代以来，随着 Kumada，Heck，Suzuki，Negishi [1]等偶联反应的陆续发现，钯催化的有机反应发展十分迅速，时至今日，钯催化的偶联反应作为形成碳-碳、碳-杂键最简洁有效的方法之一，已经得到了广泛应用。 2.钯催化各反应机理的研究 2.1.钯催化的交叉偶联反应 自上世纪七十年代以来，随着 Kumada，Heck，Suzuki，Negishi 等偶联反应的陆续发现[1]，钯催化的有机反应发展十分迅速，时至今日，钯催化的偶联反应作为形成碳-碳、碳-杂键最简洁有效的方法之一，已经得到了广泛应用[2]。交叉偶联，就是两个不同的有机分子通过反应连在了一起（英文中交叉偶联为crosscoupling，同种分子偶联为 homo coupling）。 2.1.1Heck反应 Heck 反应是不饱和卤代烃和烯烃在强碱和钯催化下生成取代烯烃的反应，是一类形成与不饱和双键相连的新 C—C 键的重要反应[3]。反应物主要为卤代芳烃（碘、溴）与含有α－吸电子基团的烯烃，生成物为芳香代烯烃。所用的不饱和卤化烃是一类芳基化合物。亲电性不饱和碳（sp 或 sp2杂化）与亲核性碳、氮、氧、硫、硒原子经过某些过渡金属的催
钯催化交叉偶联反应 钯催化交叉偶联反应是一类用于碳碳键形成的重要化学反应，在有机合成中应用十分广泛。 简介： 为制造复杂的有机材料，需要通过化学反应将碳原子集合在一起。但是碳原子在有机分子中与相邻原子之间的化学键往往非常稳定，不易与其他分子发生化学反应。以往的方法虽然能令碳原子更加活跃，但是，过于活跃的碳原子却又会产生大量副产物，而用钯作为催化剂则可以解决这个问题。钯原子就像“媒人”一样，把不同的碳原子吸引到自己身边，使碳原子之间的距离变得很近，容易结合——也就是“偶联”。这样的反应不需要把碳原子激活到很活跃的程度，副产物比较少，因此更加精确而高效。赫克、根岸英一和铃木章通过实验发现，碳原子会和钯原子连接在一起，进行一系列化学反应。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。 发展阶段： 一、大约100年前，法国化学家维克多·格林尼亚发现，将一个镁原子同一个碳原子偶联在一起，会将额外的电子推向这个碳原子，使得它能够更容易同另外一个碳原子连接在一起。不过，科学家们发现，这样的方法在创造简单的分子时起到了效果，但是在对更为复杂的分子进行合成时，却在试管里发现了很多并不需要的副产品。 二、早在上世纪60年代，赫克就为钯催化交叉偶联反应奠定了基础，1968年，他报告了新的化学反应——赫克反应，该反应使用钯作为主要的催化剂来让碳原子连接在一起。 三、1977年，根岸英一对其成果进行了精练，他使用一种有机氯化物作为催化剂；两年后，铃木章发现使用有机硼化合物的效果会更好。应用： 如今，“钯催化交叉偶联反应”被应用于许多物质的合成研究和工业化生产。例如合成抗癌药物紫杉醇和抗炎症药物萘普生，以及有机分子中一个体格特别巨大的成员——水螅毒素。科学家还尝试用这些方法改造一种抗生素——万古霉素的分子，用来灭有超强抗药性的细菌。此外，利用这些方法合成的一些有机材料能够发光，可用于制造只有几毫米厚、像塑料薄膜一样的显示器。科学界一些人士表示，依托“钯催化交
XXXX大学研究生学位课程论文（2012 ---- 2013 学年第一学期） 学院（中心、所）：化学化工学院 专业名称：应用化学 课程名称：高等有机化学 论文题目：金属有机化学中的钯催化的反应 授课教师（职称）XXXX（教授） 研究生姓名：XXXX 年级：2012级 学号：XXXXXXXXX 成绩： 评阅日期： XXXX大学研究生学院 2012年12 月25 日
金属有机化学中的钯催化的反应 XXXXXX （XXXX大学化学化工学院，山西，太原，030006） 摘要：过渡金属钯在金属有机化学方面具有丰富的反应性，在各类有机化学反应中如氢化、氧化脱氢、偶联、环加成等反应中，钯是优良的催化剂，或是催化剂的重要组分之一。本文在查阅大量近几年文献资料的基础上，综述了钯催化的反应，同时综述了钯催化反应的机理以及钯催化反应的研究现状。 关键词：钯，催化剂，反应机理，研究进展 1钯催化的反应类型及反应机理 在现今炼油、石油化工等工业催化反应中，有很多的钯催化反应，尤其是氢化反应中的选择加氢，以及氧化反应中选择氧化生产乙醛、醋酸乙烯、甲基丙烯酸甲酯，均广泛采用和开发钯催化剂。对石油重整反应，钯也是常选取的催化剂组分之一。 1.1氢化反应 钯催化剂具有很大的活性和极优良的选择性，部分氢化选择性高，常用作烯烃选择性氢化催化剂。 1.1.1反应式及反应机理 反应底物首先和氢气分子分别被吸附到催化剂上，然后和催化剂的活性中心形成配位键，最后完成氢的转移，氢和反应底物形成σ-键。 1.1.2反应方程式举例 1.2氧化反应 烯烃和炔烃是十分常见并且重要的有机化合物，选择性地氧化这类不饱和碳氢化合物一直是化学工业和学术界的重要研究目标之一。 1.2.1分子氧参与的钯催化烯烃的氧化反应 根据亲核试剂的不同，如氧、氮和碳等亲核试剂，把催化烯烃的氧化反应可以形成C-O、C-N和C-C键。 1.2.1.1反应机理 钯催化烯烃的氧化反应都经过三个过程:首先，把插入烯烃形成新的C-Pd键;接着，有机钯中间体进行β-H消除产生Pd(0);最后，Pd(0)被重新氧化为Pd(П)。 1.2.1.2形成C-C键 1.2.1.2.1烯-烯偶联
目录 摘要 (1) 关键词 (1) 1前言 (1) 2三个重要发展阶段 (2) 2.1发现钯催化效应 (2) 2.2赫克反应 (2) 2.3进一步发展 (2) 3形成C-C健研究进展 (2) 3.1钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健 (2) 3.1.1有配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健 (3) 3.1.2无配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健 (3) 3.1.3负载体钯催化Suzuki偶联反应合成C-C健化 (4) 3.2 钯催化Heck偶联反应合成C-C健 (4) 3.2.1负载体钯催化Heck偶联反应合成C-C健 (4) 3.2.2有配体钯催化Heck偶联反应合成C-C健 (5) 3.3其他钯催化偶联联反应合成C-C健反应 (5) 4 形成C-N健研究进展 (6) 4.1钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健 (6) 4.1.1有配体钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健 (6) 4.1.2无配位钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健 (6) 4.1.3负载体钯催化Suzuki偶联反应合成C-N健 (6) 4.2钯催化Heck偶联反应合成C-N健 (7) 4.2.1负载体钯催化Heck偶联反应合成C-N健 (7) 4.2.2无配体钯催化Heck偶联反应合成C-N健 (7) 4.2.3有配体钯催化Heck偶联反应合成C-N健 (7) 4.3其他钯催化偶联联反应合成C-N健反应 (7) 5形成C-O健进展 (8) 5.1钯催化Heck偶合反应形成C-O健 (8) 6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 catalyzed Mingzhu Le Abstract:Palladium catalyzed coupling reaction is a kind important chemical reactions of used for carbon-carbon bonds to form,carbon-nitrogen 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 palladium catalyzed. Keywords:palladium catalyzed coupling reaction research progress 1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
2011年第 31卷 有 机 化 学 V ol. 31, 2011 * E-ma i l: nxwang@ma i l.i https://www.doczj.com/doc/7a3370732.html, Received December 9, 2010; revised and accepted March 10, 2011. ·学术动态· 钯催化的交叉偶联反应——2010年诺贝尔化学奖获奖工作介绍 王乃兴 (中国科学院理化技术研究所 北京 100190) 摘要 钯催化的交叉偶联反应是非常实用的合成新方法. 文章给出了Heck 反应、Negishi 反应和Suzuki 反应的概念, 对其反应机理作了详细的说明, 并对其在复杂化合物和天然产物全合成中的应用作了评价. 关键词 钯催化; Heck 反应; Negishi 反应; Suzuki 反应 Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions — Introduction of Nobel Prize in Chemistry in 2010 Wang, Naixing (Technical Institute of Physics and Chemistry , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100190) Abstract Palladium-catalyzed cross-coupling reactions provide chemists with a more precise and efficient new methodologies. The concepts of the Heck reaction and Negishi reaction as well as Suzuki reaction are given, the reaction mechanisms are proposed, and applications of these reactions in the total synthesis of natural products are commented. Keywords palladium-catalyzed; Heck reaction; Negishi reaction; Suzuki reaction 2009年10月6日, 瑞典皇家科学院宣布, 美国科学家Richard F. Heck(理查德 赫克)、日本科学家Ei-ichi Negishi(根岸英一)和Akira Suzuki(铃木章)共同获得今年的诺贝尔化学奖. 美国教授Richard F. Heck, 1931年出生于美国的斯普林菲尔德, 1954年在美国加利福尼亚大学洛杉矶分校获得博士学位. 随后他进入瑞士苏黎世联邦工学院从事博士后研究, 后在美国特拉华大学任教, 于1989年退休. Richard F. Heck 现为特拉华大学名誉教授. Ei-ichi Negishi 教授是日本人, 1935年出生于中国长春, 1958年从东京大学毕业后进入帝人公司, 1963年在美国宾夕法尼亚大学获得博士学位, 现任美国普渡大学教授. Akira Suzuki 也是日本人, 1930年出生于日本北海道鹉川町, 1959年在北海道大学获得博士学位, 随后留校工作了一段时间. 1963年到1965年, Akira Suzuki 在美国普渡大学从事了两年的博士后研究工作. Akira Suzuki 于1973年任北海道大学工学系教授, 现在是北 海道大学名誉教授. 钯催化的交叉偶联反应是一种可靠而又实用的工具, 对有机合成具有长久和深远的影响力, 该反应得到了合成化学工作者的普遍应用. 笔者于2004年在《有机反应——多氮化物的反应及有关理论问题(第二版)》的第4.13节中列举了5个较新的人名反应[1], 其中有Heck 反应、Negishi 反应和Suzuki 反应. 对其定义分别为: Heck 反应是钯催化下, 不饱和有机卤化物或三氟磺酸酯与烯烃进行的偶联反应. Negishi 反应是钯催化下的不饱和有机锌试剂和芳基或乙烯基卤化物等进行偶联的反应. Suzuki 反应是钯催化下不饱和有机硼试剂和芳基或乙烯基卤化物等进行偶联的反应. 这是钯催化的交叉偶联反应的基本概念. 最初的Suzuki 反应还需要在无氧无水的条件下来进行, 后来发展的一些反应条件已经无需无氧无水操作了. 这几种钯催化的交叉偶联反应机理不尽相同, 对机
有机合成中钯的催化交叉偶联反应 20102401046吴健华摘要：2010年诺贝尔化学奖授予给美国化学家理查德·赫克、日本化学家根岸英一和铃木章，以表彰其发现的钯催化交叉偶联反应，更有效的连接碳原子以构建复杂分子。钯催化交叉偶联反应，用于碳碳键形成的重要化学反应，因其反应条件温和，化学选择性高，副产品少，在有机合成领域中应用广泛。本文综合概述了钯催化交叉偶联反应机理与发展，并对其应用领域及发展前景作简单介绍。 关键词：钯催化；交叉偶联反应；反应机理；碳碳键；有机合成； 引言: 碳是构成生命体的重要组成物质，而这些物质是以C-C单键或双键为基础，形成各种形式的碳胳化合物，组成生命体的各个部分。而经过多年来的探究与改进，美国化学家理查德·赫克、日本化学家根岸英一及铃木章在有机合成中取得重大贡献与研究进展，发现钯催化交叉偶联反应，有效地连接碳原子，为构造更复杂的分子提供反应方法。因此于2010年，诺贝尔化学奖颁发给他们三位在有机合成中杰出并取得重大贡献的有机化学家，以表彰他们在有机合成领域中所取得的卓越成就。钯催化交叉偶联反应，作为五个被授予诺贝尔化学奖反应之一，其重要性则不言而喻。前四个反应分别是Grignard反应(格氏反应，1912年)，Diels-Alder反应(迪尔斯-阿尔德反应，1950年)，Wittig反应(叶立德、维蒂斯反应，1979年)和Olefinmetathesis反应(烯烃的转位反应，2005年)。在钯催化的交叉偶联反应中，反应步骤缩短，所需条件温和，副产品少，且可使大量的官能团在进程中得以保留而不被破坏，是一种可靠、实用的工具，广泛应用于精细化学及制药工业中, 对有机合成具有长久和深远的影响力, 得到合成化学者的普遍应用。 一、钯催化交叉偶联反应机理与发展 1.格氏试剂——拉开钯催化交叉偶联反应的序幕 有机合成化学所构造出来的物质大部分都是以碳胳为骨架所构建起来的，
钯催化的交叉偶联反应 一、偶联反应综述 1．交叉偶联反应 偶联反应，从广义上讲，就是由两个有机分子进行某种化学反应而生成一个新有机分子的过程。狭义的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳－碳键生成的反应，根据类型的不同，又可分为自身偶联反应和交叉偶联。交叉偶联反应是一个有机分子与另一有机分子发生的不对称偶联反应。 2．碳碳键形成的重要性 新碳－碳键的形成在有机化学中是极其重要的。人们了解了天然有机物质的结构和性能，并根据有机物质的结构，通过碳原子组装成链，建立有机分子，最终实现天然有机物质的人工合成。目前为止，人类已经利用有机合成化学手段创造出几千万种物质，且越来越多的有机物质已经广泛应用到制药、建材、食品、纺织等人类生活领域，我们的生活也几乎离不开有机物了。合成药物、塑料等有机物质时，需要用小的有机分子将碳原子连接在一起构建新的复杂大分子，因而有机合成中高效的连接碳－碳键的方法是有机合成化学中的重要工具。从以往该领域诺贝尔化学奖的授予情况也可以看出合成新碳－碳键的重要性:1912年维克多·格林尼亚因发明格林尼亚试剂——有机镁试剂获奖，1950年迪尔斯和阿尔德因发明双烯反应迪尔斯－阿尔德反应获奖，1979年维蒂希与布朗因发明维蒂希反应共同获奖，2005年伊夫·肖万、罗伯特·格拉布、理查德·施罗克因在有机化学的烯烃复分解反应研究方面作了突出贡献获奖。 3．有机合成中的钯催化交叉偶联反应 随着时代发展，合成有机化学的研究愈加深入，20世纪后半期，科学家们发现了大量通过过渡金属催化来创造新有机分子的反应，促使有机合成化学快速发展。
特别是赫克、根岸英一和铃木章发现的钯催化交叉偶联反应，为化学家们提供了一个更为精确有效的工具。三位科学家发现的钯催化交叉偶联反应中都使用了金属钯作为反应的催化剂，当碳原子与钯原子连在一起时，钯原子唤醒了“懒惰”的碳原子但又不至于使它太活泼，于是形成温和的碳－钯键，在反应过程中，钯原子又可以把别的碳原子吸引过来，形成另一个金属－碳键，此时两个碳原子都连接在钯原子上，它们的距离足够接近而发生反应，生成新的碳－碳单键。以下两个反应式代表了典型的两类钯催化交叉偶联反应。 上述两个反应的催化剂都是零价的金属钯，都使用卤代烃RX（或卤代烃的类似物）作为亲电偶联试剂。区别在于两个反应所选用的亲核偶联试剂，在反应（1）中，选用的是烯烃，反应（2）中则是一种有机金属化合物R〃M（M为Zn，B，Al 或Sn）。我们所熟知的赫克反应属于反应（1）这一类的交叉偶联反应，根岸反应和铃木反应属于反应（2）这一类。由于反应底物不同，三个反应的应用范围和适用途径也各不相同。 4．“钯催化的交叉偶联反应”内容及反应原理 （1）Heck反应 Heck反应以有机钯配合物为催化剂得到具有立体专一性的芳香代烯烃（图1）。反应物主要是卤代芳烃（碘、溴）与含有吸电子基团的烯烃。该反应的催化剂通常用Pd（0），Pd（II）或含Pd的配合物（常用醋酸钯和三苯基膦）。卤代烃首先与A 发生氧化加成反应，C-X键的断裂与Pd-C和Pd-X键的形成是同步进行的。氧化加成反应是偶联反应中最常见的决速步骤，经过氧化加成化合物A生成中间体B，B再经过配体解离，得到化合物RPdLX。RPdLX先与烯烃配位，然后再经烯烃插入，配
(完整)金属有机化学中的钯催化的反应全解 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)金属有机化学中的钯催化的反应全解）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)金属有机化学中的钯催化的反应全解的全部内容。
XXXX大学研究生学位课程论文 （2012 —--— 2013 学年第一学期） 学院（中心、所)：化学化工学院 专业名称: 应用化学 课程名称：高等有机化学 论文题目: 金属有机化学中的钯催化的反应 授课教师（职称） XXXX（教授） 研究生姓名： XXXX 年级： 2012级 学号： XXXXXXXXX 成绩： 评阅日期： XXXX大学研究生学院 2012年 12 月 25 日 金属有机化学中的钯催化的反应 XXXXXX (XXXX大学化学化工学院,山西，太原，030006) 摘要：过渡金属钯在金属有机化学方面具有丰富的反应性，在各类有机化学反应中如氢化、氧化脱氢、偶联、环加成等反应中，钯是优良的催化剂，或是催化剂的重要组分之一.本文在查阅大量近几年文献资料的基础上，综述了钯催化的反应，同时综述了钯催化反应的机理以及钯催化反应的研究现状。 关键词：钯，催化剂，反应机理，研究进展 1钯催化的反应类型及反应机理
在现今炼油、石油化工等工业催化反应中，有很多的钯催化反应,尤其是氢化反应中的选择加氢，以及氧化反应中选择氧化生产乙醛、醋酸乙烯、甲基丙烯酸甲酯，均广泛采用和开发钯催化剂.对石油重整反应，钯也是常选取的催化剂组分之一。 1.1氢化反应 钯催化剂具有很大的活性和极优良的选择性，部分氢化选择性高，常用作烯烃选择性氢化催化剂. 1。1.1反应式及反应机理 反应底物首先和氢气分子分别被吸附到催化剂上，然后和催化剂的活性中心形成配位键，最后完成氢的转移，氢和反应底物形成σ—键。 1.1.2反应方程式举例 1.2氧化反应 烯烃和炔烃是十分常见并且重要的有机化合物，选择性地氧化这类不饱和碳氢化合物一直是化学工业和学术界的重要研究目标之一。 1。2.1分子氧参与的钯催化烯烃的氧化反应 根据亲核试剂的不同，如氧、氮和碳等亲核试剂,把催化烯烃的氧化反应可以形成C—O、C-N和C—C键。 1。2.1.1反应机理 钯催化烯烃的氧化反应都经过三个过程：首先，把插入烯烃形成新的C-Pd键；接着，有机钯中间体进行β—H消除产生Pd（0）；最后，Pd(0）被重新氧化为Pd（П)。 1。2。1。2形成C—C键 1。2。1.2。1烯—烯偶联 化合物3含有两个烯丙基，通过串联环化反应可以合成具有单萜柏木烷骨架的产物。1.2.1。2.2烯—芳环偶联 Iida等以Pd（OAc）2和Cu(OAc)2为催化剂,乙睛为溶剂，实现了芳氨取代的环己烯酮9的分子内环化反应生成咔唑酮衍生物10。 1。2.1。2.3烯—杂环化合物的偶联 烯基取代的吲哚13在钯催化下可以发生分子内环化偶联反应生成具有三环结构的吲哚衍生物14 .
doi:10.3969/j.issn0253-9608.2010.06.005 钯催化的交叉偶联反应 ———2010年诺贝尔化学奖简介 肖唐鑫① 刘 立② 强琚莉③ 王乐勇④ ①②博士研究生,③博士,④教授,南京大学化学化工学院,南京210093 关键词 钯催化 偶联反应 诺贝尔化学奖 2010年10月6日,瑞典皇家科学院宣布将2010年诺贝尔化学奖授予美国科学家Richar d F.Heck,日本科学家Ei-ichi Ne g ishi和A kira Suzuki。这三名科学家是因为在有机合成领域中钯催化交叉偶联反应方面的卓越研究而获奖。它为化学家提供了一款精致的工具来合成复杂的有机分子。这一成果广泛应用于制药、电子工业和先进材料等领域。笔者对钯催化交叉偶联反应领域作了粗浅的介绍,以期起到抛砖引玉之作用。 2010年的诺贝尔化学奖揭晓后,很多专业人士对此 并不感到惊讶,认为这次的评选结果实乃众望所归。确实如此,三位科学家都已近耄耋之年,他们所做的贡献早已造福全球,按理早应摘取这个桂冠了。当瑞典皇家科学院在2010年10月6日宣布将诺贝尔化学奖颁发给美国科学家Richard F.Heck和日本科学家Ei-ichi Negishi,Akira Suzuki时,Heck所说的一句话———这是个圆满的结局———道出了所有人的心声。目前,钯催化的交叉偶联反应在全球的科研、医药生产、电子工业和先进材料等领域都有广泛应用。以在此领域有卓越贡献的科学家名字命名的有机反应对于从事化学的人来说是耳熟能详的,如Heck反应、Negishi反应、Suzuki反应、Stille反应、Kumada反应、Sonogashira反应以及Hiyama反应等等。 众所周知,有机合成化学以其强大的生命力制造出了几千万种新的物质,并且这个数目仍在迅速的膨胀,而有机合成化学的基础核心是新型、高效有机合成方法学的研究和发展。我们从21世纪这10年来三次与有机合成方法学相关的诺贝尔化学奖授予情况可以看出这一领域的重要性:2001年W.S.Knowles,R.Noyori 和K.B.Sharpless因在发展催化不对称合成研究方面获奖;2005年Y.Chauvin,R.H.Grubbs和R.R. Schrock因在发展烯烃复分解反应所作出的贡献而获奖;最后就是2010年的钯催化交叉偶联反应的获奖。下面对钯催化交叉偶联反应的早期研究、反应机理以及发展应用等做一个粗浅的介绍,以期达到抛砖引玉之作用。1早期研究 有机合成化学制造出的这几千万种新的物质绝大多数都是以碳原子为主来构建的。为了制备结构更复杂、功能更强大的新型材料,就要想办法通过各种化学反应将碳原子连接在一起。然而碳原子本身是十分稳定的,在化学反应中并不活泼,所以就得想办法来激活碳原子,让它更容易参与反应并与其他碳原子连接起来,逐步形成更高层次的碳基骨架。1912年,法国人Grignard因发明有机镁试剂(格氏试剂)而荣获诺贝尔化学奖,可以说是碳基活化史上的第一个里程碑。随着时代的发展,人们对碳基的研究愈加深入。在研究的前期,要么无法活化碳基,化合物难于参加反应;要么使碳原子过于活跃,虽然能有效地制造出很多简单的有机物,但要是合成复杂分子却有大量的副产物生成。正如大家所知,在有机合成操作中提纯是一项繁琐的工作。Heck,Negishi和Suzuki等人通过实验发现,当碳原子和钯原子连接在一起,会形成一种“温和”的碳钯键,在这里钯既活跃了碳基,又使其不至于过于活泼,然后又可以把别的碳原子吸引过来,这样使得两个碳原子距离拉近,容易成键而偶联起来。在这里钯原子就相当于“媒人”的作用,只需使用催化剂就行。所以“钯催化交叉偶联反应”就是一款精致的工具,让化学家得以像艺术家一样来雕刻和拼接类似积木的模块(小的基团),构筑令人叹为观止的艺术品(有机复杂分子)。与此同时还避免了过多不必要副产物的生成。 Heck1931年出生于美国麻省斯普林菲尔德(Spri- · 332·Chinese J ournal o f N ature V ol.32N o.6 Brief Introduction of No bel Prize
XXXX大学研究生学位课程论文 （2012 ---- 2013 学年第一学期） } 学院（中心、所）：化学化工学院 专业名称：应用化学 课程名称：高等有机化学 论文题目：金属有机化学中的钯催化的反应 授课教师（职称）XXXX（教授） ！ 研究生姓名：XXXX 年级：2012级 学号：XXXXXXXXX 成绩： 评阅日期： XXXX大学研究生学院 } 2012年12 月25 日
金属有机化学中的钯催化的反应 XXXXXX （XXXX大学化学化工学院，山西，太原，030006） 摘要：过渡金属钯在金属有机化学方面具有丰富的反应性，在各类有机化学反应中如氢化、氧化脱氢、偶联、环加成等反应中，钯是优良的催化剂，或是催化剂的重要组分之一。本文在查阅大量近几年文献资料的基础上，综述了钯催化的反应，同时综述了钯催化反应的机理以及钯催化反应的研究现状。 关键词：钯，催化剂，反应机理，研究进展 1钯催化的反应类型及反应机理 } 在现今炼油、石油化工等工业催化反应中，有很多的钯催化反应，尤其是氢化反应中的选择加氢，以及氧化反应中选择氧化生产乙醛、醋酸乙烯、甲基丙烯酸甲酯，均广泛采用和开发钯催化剂。对石油重整反应，钯也是常选取的催化剂组分之一。 氢化反应 钯催化剂具有很大的活性和极优良的选择性，部分氢化选择性高，常用作烯烃选择性氢化催化剂。 反应式及反应机理 反应底物首先和氢气分子分别被吸附到催化剂上，然后和催化剂的活性中心形成配位键，最后完成氢的转移，氢和反应底物形成σ-键。 反应方程式举例 > 氧化反应 烯烃和炔烃是十分常见并且重要的有机化合物，选择性地氧化这类不饱和碳氢化合物一直是化学工业和学术界的重要研究目标之一。 分子氧参与的钯催化烯烃的氧化反应 根据亲核试剂的不同，如氧、氮和碳等亲核试剂，把催化烯烃的氧化反应可以形成C-O、C-N和C-C键。 反应机理 钯催化烯烃的氧化反应都经过三个过程:首先，把插入烯烃形成新的C-Pd键;接着，有机钯中间体进行β-H消除产生Pd(0);最后，Pd(0)被重新氧化为Pd(П)。 ！ 形成C-C键
2005年第25卷 有 机 化 学 V ol. 25, 2005 第2期, 147～151 Chinese Journal of Organic Chemistry No. 2, 147～151 * E-mail: jhli@https://www.doczj.com/doc/7a3370732.html, Received January 31, 2004; revised April 29, 2004; accepted June 7, 2004. 国家自然科学基金(No. 20202002)、湖南省教育厅(No. 02C211)和湖南师范大学资助项目. 1 钯催化还原Ullmann 偶合反应 1.1 零价钯催化还原Ullmann 偶合反应
148 有 机 化 学 V ol. 25, 2005 Scheme 1 Sasson 等[4]首先研究了使用氢气为还原剂, 以Pd/C 为催化剂催化卤代芳烃Ullmann 偶合反应. 由于氢气具有价廉和易大量处理分离等优点, 从而有利于大规模的工业应用. 但由于这一反应是多相催化反应, 因此对相转移催化剂依赖性很大. 他们发现使用PEG-400为相转移催化剂取得较好的结果, 可以有效地促进选择性地朝偶合反应进行 (Eq. 2). Sasson 等[5]还研究了锌和水体系代替氢气为还原剂, Pd/C 为催化剂催化卤代芳烃的偶合反应(Eq. 3). 该方法操作简单安全, 不需要高压反应釜. 但其反应机理类似于直接提供氢气为还原剂的Pd/C 催化卤代芳烃偶合反应．这一体系中利用锌与水反应当场生成氢气使二价钯还原生成零价钯催化剂, 从而实现新的催化循环 . Sasson 等[6]还研究了在甲酸盐的水溶液体系中Pd/C 催化卤代芳烃的偶合反应(Eq. 4). 该反应的关键利用零价钯催化甲酸盐与水反应生成氢气(Eq. 5). Bamfield 等[7]也报道了同一类型的反应, 他们特别研究了相转移催化剂作用, 通过一系列相转移催化剂的筛选, 发现溴化十六烷基三甲基铵的效果最好. 总之、在上述反应体系中相转移催化剂的使用非常 重要, 因为它们都属于多相催化反应. 此外, 碱的加入 也是必须的, 因为碱的存在能够促使零价钯的生成, 从而有利于催化循环过程进行下去. 研究还显示, 要提高偶合反应的选择性, 从上述反应机理可知, 要控制适合的氢气压力, 高压力有利于零价钯的生成, 从而提高反应速度, 但同时也有利于副反应即芳香卤还原脱卤反应的进行. 实验结果还表明温度升高有利于朝着卤代芳烃偶合反应方向进行. Li 等[8]报道了利用Pd/C 作催化剂, 在空气和过量的锌的存在等条件下, 在丙酮和水为共溶液中偶合卤代芳烃, 可以得到较高产率的偶合反应产物. 例如间碘基苯乙酮的偶合反应, 以Pd/C (300 mg, 质量分数为5%)和锌粉(400 mg)为催化体系, 水/丙酮(1/4, 体积比)为反应溶剂, 间碘基苯乙酮可以顺利的发生偶合反应, 产率为73% (Eq. 6). 在该反应中不加锌或者不加水, 偶合反应的产率非常低, 其原因可能是没有还原剂, 催化剂无法 发生催化循环 . Li 等[9]还研究了以锌为还原剂, 在相转移催化剂18-冠-6存在下, Pd/C 为催化剂催化碘代和溴代芳烃的偶 合反应(Eq. 7). 该反应操作简单, 偶合反应的选择性也比前面报道的方法[8]有所提高 . 1.2 二价钯催化还原Ullmann 偶合反应 二价钯催化的Ullmann 类型的偶合的反应, 然而二价钯并不能直接催化芳香卤的偶合, 因此它必须在化学
AgNO3/KF作用下的Pd催化2-溴噻吩S原子邻位上的C-H键选择性偶联反 应 摘要： 溴噻吩的衍生物与芳基碘在加入了钯的硝酸银/氟化钾催化剂的催化下发生C—H键的偶联反应，而C—Br键未发生变化。这些含有C —Br键的偶联产物在钯的进一步催化下使溴噻吩和芳基碘的C—C键相连接从而得到理想的产量。 引言： 狭义上的偶联反应是涉及由基金属催化剂的C-C键生成的反应，根据类型不同，可分为交叉偶联反应和自身偶联反应。交叉偶联反应是一个有机分子与另一有机分子发生的不对称偶联反应。例如：烯丙基锂与2-氯辛烷可以发生交叉偶联反应生成4-甲基-1-癸烯。格利雅试剂、有机铝、有机锌、有机锡、有机铜、有机铅、有机汞等多种有机金属化合物也都可以与卤化烷等烃基化试剂发生交叉偶联反应，生成相应的不对称烃，是合成不对称烃，特别是单烷基芳烃和含有三级碳原子的链烃的有效方法。交叉偶联反应的范围很广，像芳烃重氮盐与苯酚或N,N-二甲基苯胺的偶联反应，也属于交叉偶联反应。
正文： 芳香族化合物与有机卤化物的C-H键取代反应和那些含金属试剂与相同的有机卤化物的偶联反应相比，在有机合成中更有前景。【1】相比之下，C-H键上的直接反应将有利于含有不同种类的官能团的衍生物的合成，并且，反应也会加强合成中原子的效应。我们注意到噻吩衍生物的偶联反应是发生在C-H键上，从而形成了联噻吩。在添加了AgF后，反应效率得到了提高。【2】当噻吩与2-溴噻吩反应生成正联溴噻吩时，仍然是C-H键发生偶联，而C-Br键未发生变化。我们的注意力集中到溴噻吩衍生物C-H键的交叉耦合上,来介绍噻吩环上的取代基。【3】溴噻吩上的C-H键偶联，如果可以通过C-Br键的反应而进一步改变偶联产物，那么C-H键和C-Br键的偶联反应的相互结合将得到一种新的合成取代噻吩的方法。这将把人们的注意力都吸引到设计更先进的有机金属材料来揭示液晶、光发射和有机半导体的特点。【4】在此，我们报告一个新的催化剂系统—AgNO3/KF，它有助于提高钯催化下溴噻吩衍生物C-H键的取代反应发的效率。 2-溴噻吩与对甲氧基碘苯的反应在添加了钯催化剂的含AgF的条件下进行。在60℃的条件下搅拌5小时后，将得到占总产物50%的正偶联产物。类似的反应如用AgNO3/KF来替代AgF，将会得到占总产物42%的上述产物。值得注意的是尽管最后的终产物是适度的，我们并没有发现C-Br键上有反应发生，而是在溴噻吩的与S原子相邻的C-H 键上有反应发生。噻吩衍生物的芳基化反应是在钯和体积较大的磷化氢配合基的混合物催化下在150℃利用Cs2CO3作为碱的反应条件下
钯炭催化剂 英文名称:Palladium-carbon catalyst 中文名称:钯炭催化剂 钯——化学符号Pd ,就是银白色金属,较软,有良好的延展性与可塑性,能锻造,压延与拉丝。块状金属钯能吸收大量氢气,使体积显著胀大,变脆乃至破裂成碎片。 钯炭催化剂就是将金属钯负载到活性炭里形成负载型加氢精制催化剂,用于精制处理对苯二甲酸原料,生产精制对苯二甲酸。钯炭催化剂已经先后 在不同工艺的PTA(精对苯二甲酸)装量,如北京燕山、上海石化、辽阳石化、洛阳石化与天津石化等炼化企业,成功进行了工业应用。其主要 技术指标: 项目SAC-05 外观椰壳片状 钯含量% 0、48-0、52 粒度(4-8目)% ≥95 压碎强度N ≥40 比表面积m2/g 1000-1300 堆密度g/ml 0、4-0、5 磨耗% ≤1 反应收率% ≥99 钯碳的作用 钯碳就是一种催化剂,就是把金属钯粉负载到活性碳上制成的,主要作用就是对不饱与烃或CO的催化氢化。具有加氢还原性高、选择性好、性能稳定、使用 时投料比小、可反复套用、易于回收等特点。广泛用于石油化工、医药工业、电子工业、香料工业、染料工业与其她精细化工的加氢还原精制过程。钯碳的提纯 钯合金可制成膜片(称钯膜)。钯膜的厚度通常为0、1mm左右。主要于氢气与杂质的分离。钯膜纯化氢的原理就是,在300—500℃下,把待纯化的氢通入钯膜的一侧时,氢被吸附在钯膜壁上,由于钯的4d电子层缺少两个电子,它能与氢生成不稳定的化学键(钯与氢的这种反应就是可逆的),在钯的作用下,氢被电离为质子其半径为1、5×1015m,而钯的晶格常数为3、88×10-10m(20℃时),故可通过钯膜,在钯的作用下质子又与电子结合并重新形成氢分子,从钯膜的另一侧逸出。在钯膜表面,未被离解的气体就是不能透过的,故可利用钯膜获得高纯氢。虽然钯对氢有独特的透过性能,但纯钯的机械性能差,高温时易氧化,再结晶温度低,易使
有机合成中钯催化下的交叉偶联反应 －2010年诺贝尔化学奖简介 陈明华 ( 兴义师范学院化学生物系，贵州兴义 562400) 摘要:介绍了2010年诺贝尔化学奖的科学背景，即“有机合成中钯催化下的交叉偶联反应”的产生、发展和应用，体现了有机化学已经发展成为一门艺术形式，在这个形式下，科学家们在试管里创造性的产生出不可思议的化学物质的过程。 关键词:钯催化剂；交叉偶联反应；赫克反应；铃木反应；根岸反应 Palladium-Catalyzed Cross Couplings in Organic Synthesis CHEN Ming-Hua (Department of Chemistry and Biological, Xingyi Normal College, Xingyi, Guizhou 562400) Abstract: This paper introduces scientific background of the Nobel Prize in Chemistry for 2010, it’s palladium-catalyzed cross couplings in organic synthesis.And this fack had been presents that “Organic chemistry has developed into an art form where scientists produce marvelous chemical creations in their test tubes”. Key words: palladium catalyst; cross-coupling reaction; heck reaction; suzuki reaction; negishi reaction 2010年10月6日，瑞典皇家科学院决定授予美国特拉华大学(University of Delaware) 理查德-赫克(Richard F. Heck), 普渡大学(Purdue University)根岸荣一(Ei-ichi Negishi)和日本北海道大学(Hokkaido University)的铃木彰(Akira Suzuki)三位教授2010年的诺贝尔化学奖，以表彰他们在“有机合成中钯催化下的交叉偶联反应”作出的贡献[1]。 碳元素是构成生命的主要物质，这些物质是以C-C键（单键或双键）为基础，形成各种形式的碳胳化合物。人们要想制备新药物、新材料、生物分子和了解生命的过程，最先的方法就是合成一系列碳胳化合物。可见，以简单的有机原料为基础，通过化学反应合成更复杂的化合物（增长碳链），是十分重要的，这种重要性体现在过去历年授予的诺贝尔化学奖：格利雅试剂(Grignard reagent,) 维狄反应(Wittig reaction, 1979年)，烯烃的转位反应(Olefin metathesis, 2005年)[1]。 作者简介：陈明华（1966，3－），男，兴义师范学院化学生物系教师，理学硕士，高级实验师、教授。主要研究方向：有机合成。
钯催化下的交叉偶联反应 摘要:钯催化交叉偶联反应是一类用于碳碳键形成的重要化学反应，在有机合成中应用十分广泛。本文综合概述了钯催化交叉偶联反应的原理和发展，简单介绍了它的应用领域。 关键词:钯催化剂；交叉偶联反应；赫克反应；铃木反应；根岸反应 引言 2010年10月6日，瑞典皇家科学院决定授予美国特拉华大学理查德-赫克(Richard F. Heck), 普渡大学根岸荣一(Ei-ichi Negishi)和日本北海道大学的铃木彰(Akira Suzuki)三位教授2010年的诺贝尔化学奖，以表彰他们在“有机合成中钯催化下的交叉偶联反应”作出的贡献。 碳是构筑有机物和生命的基本材料，通过在“碳骨架”上嫁接其他功能性“化学模块”，有机物和生命体方才表现出千变万化的特质。化学家，特别是有机化学家们要做的，就是以人工手段，将各种物质分子以碳化合物“裁剪”、“缝合”，创造出自然界所不存在的新物质。但是要“裁剪”碳并不简单。碳原子非常稳定，它们之间要联接起来，必须要找到一种让碳原子活跃起来的方法。2010年度的三位获奖化学家，就是利用钯来作为催化剂。钯催化剂的作用，先是相当于一把剪刀，剪断碳化学键，然后再如针线一般，把新的功能性基团“缝制”到剪开的碳骨架上。 1、早期研究 碳元素是构成生命的主要物质，这些物质是以C-C键（单键或双键）为基础，形成各种形式的碳胳化合物。人们要想制备新药物、新材料、生物分子和了解生命的过程，最先的方法就是合成一系列碳胳化合物。可见，以简单的有机原料为基础，通过化学反应合成更复杂的化合物（增长碳链），是十分重要的，这种重要性体现在过去历年授予的诺贝尔化学奖：格利雅试剂(Grignard reagent,) 维狄反应(Wittig reaction, 1979年)，烯烃的转位反应(Olefin metathesis, 2005年)[1]。 有机合成化学制造出的这几千万种新的物质绝大多数都是以碳原子为主来构建的。为了制备结构更复杂、功能更强大的新型材料, 就要想办法通过各种化学反应将碳原子连接在一起。然而碳原子本身是十分稳定的, 在化学反应中并不活泼, 所以就得想办法来激活碳原子, 让它更容易参与反应并与其他碳原子连接起来, 逐步形成更高层次的碳基骨架。1912 年, 法国人Grignard 因发明有机镁试剂( 格氏试剂) 而荣获诺贝尔化学奖, 可以说是碳基活化史上的第一个里程碑。随着时代的发展, 人们对碳基的研究愈加深入。在研究的前期, 要么