第11章-过渡金属有机配合物催化交叉偶联反应

Cp2TiCl2 R'
O
CHOH
R'
Cp2TiCl2 H2O + (CH3)2CHMgBr
O
OH
R' CH OH
R'
(CH3)2CHOMgX
Cp2TiCl2
(CH3)2CHMgX
(CH3)2CHMgX
R'
Cp2Ti Cl
OCH R'
R' CO
R'
Cp2Ti H Cl
Cp2Ti Cl
CH3 CH
CH3
Kumada将这两个化学计量反应组合 起来并实现了催化循环
11.1.1 Kumada偶联反应催化剂 该反应的催化剂是零价镍有机配合物
11.1.2 Kumada偶联反应底物 卤代芳烃和烷基、芳基Grignard试剂是
Kumada偶联反应底物。
11.1.3 Kumada偶联反应的选择性
1. Kumada偶联反应的化学选择性
Ph L2Ni Cl +
MgCl
Ph L2Ni Cl +
MgCl
L2Ni Ph
Ph
CH2=CHCH3 H NiL2 Ph
CH2=CHCH3 + PhH
CH2CH2CH3 L2Ni Ph
PhCH2CH2CH3
2 . Kumada偶联反应中的立体化学
11.1.4 Kumada偶联反应机理
图11-1 Kumada偶联反应机理
12
Ph3Sb
13.2
5
(4-FC6H4)3P
0.60
13
dppe
0.33
6 (4-ClC6H4)3P
0.71
14
dppp
11.4
7 (2-MeC6H4)3P 35.2
15
dppb
<0.2
8 (2-furyl)3P
105
16
dppf
<0.2
11.3.2 Stil1e偶联反应底物
1. 锡有机化合物中基团的活性
第11章 过渡金属有机配合物催化 交叉偶联反应
交叉偶联反应(cross-coupling reaction) 是指在过渡金属有机配合物催化下RX与非 过渡金属有机化合物R’-M’形成碳-碳键(RR’)的反应。(X=卤素、OTf、硼酸酯等离去 基团；R=烯基、芳基、联烯基、烯丙基、 苄基、炔基等)
R X + R' M'
R
+ HAl(Bu-i)2
R
+ HZrCp2Cl
11.2.2 Suzuki偶联反应底物 1. 有机硼酸 (1)有机硼酸可用Grignard试剂或锂有机化 合物对硼酸酯烃基化来制备 (2)也可以用烯烃或炔烃的硼氢化而制备
(3) Miyaura
RX +
OO BB
OO
Pd(0)
R=Aryl, Alkenyl, Akynyl X=halogen, OTf
O
PdCl2(PPh3)2
OEt + ArB(OH)2 NHR
Na2CO3
Ar
CO2Et
OTBDMS C5H11
O OEt NHR
O
PdCl2(PPh3)2 O
OTs + ArB(OH)2
O
KF
Ar O
11.2.3 Suzuki偶联反应的选择性
Suzuki偶联反应的立体选择性和区域 选择性都非常好，这是该反应最大的优 点。手性有机硼酸在进行Suzuki偶联反应 时构型也保持不变。烯基硼酸中烯基也 很少异构化。
11.1 Kumada偶联反应
Kumada偶联反应是在镍配合物催化 下，Grignard试剂与卤代烃间的交叉偶 联反应。
1960年Chatt和Shaw Grignard试剂 对镍配合物中Ni-X键的烃化反应；
1970年Uchino 二芳基镍配合物与 卤代烃R’-X反应生成新的3)4
NMe2
Ph NMe2
Bu
Ph
Br +
O B
Pd(PPh3)4 Ph
Bu
O
MeO2C
Bu
Pd(PPh3)2 MeO2C
+
Me
Br
Al(i-Bu)2
Me
Bu
RMgX + Fe(CO)5
[RFe(CO)5]-
[RCFe(CO)4]-
O R'I
R C R'
O
(CH3)2CHMgX + R'2C
• 碱在Suzuki偶联反应中的作用
通常，不加碱Suzuki偶联反应不能进行。 在Suzuki偶联反应中常使用碳酸钾、碳酸铯、 磷酸钾、甚至氟化钾，氢氧化钾，有机碱等， 最初使用的是醇钠。
O
B
n-Bu
O
Br +
PdCl2, PPh3 Ph EtONa-EtOH
n-Bu
Ph
直接使用有机硼酸阴离子，偶联产物的产率反而很低
IV）格氏试剂以外的金属有机试剂
NC
Br + PhCH2ZnBr Ni(PPh3)4 NC
CH2Ph
MeO2C
Bu Br +
Ni(PPh3)4 MeO2C ZrCp2Cl
V）Ni 以外的金属（格氏试剂+过渡金属）
LnPd0 + RX
L
L
R'M
R Pd X
R Pd L
L
R'
Bu
R R'
Li
Ph
Br +
锡有机化合物中存在四个取代基。 若相同，在Stille偶联反应时哪一个取代 基参加反应都是一样的；若不同时就有 那类取代基优先反应的问题。如使用含 两种不同类型取代基的锡有机化合物作 试剂，就希望一种是活泼的，另一种是 惰性的。
Stille发现，在偶联反应中锡有机化 合物中取代基活性顺序如下 :
R
反应的发生。
L 的影响：
CH3 CH3
P
Cl
双膦配体 > 单膦配体
Fe
Pd
dppp > dmpf > dppe > dmpe
P
Cl
Ph2P(CH2CH2)nPPh2, dppp n = 3.
CH3 CH3 dmpf
Br ZnCl

1
2
H
3
L
1
2
3
PPh3 1
2
78 %
dppe 13
3
消除 CH2 CHCH3
VII）卤代烷以外的试剂 O
RCCl + R'4Sn PdL4
O RCR'
NiCl2 2RX + Mg + CO
O R CR
(CH2)n Br
NHR CO
Pd(OAc)2 PPh3 Et3N
(CH2)n CNR O
11.2 Suzuki偶联反应
在零价钯配合物催化下，卤代烃与有 机硼酸的交叉偶联反应，称Suzuki偶联反 应。
O BR
O
2. 卤代烃
溴代芳烃是最早使用的Suzuki偶联反 应的底物，卤代芳烃和烯基卤的活性是I ＞Br＞Cl＞F。芳基或烯基三氟甲磺酸酯 （Triflates），甚至磺酸酯都能与有机硼 酸发生Suzuki偶联反应
CO2Et +
OTf
O
Pd(PPh3)4
B
OTBDMS
O
K3PO4
C5H11
TsO
79 %
dppf 100
III) 不对称合成
Me CHMgCl +
Ph
Ni* Br
Me
HC Ph
格氏试剂存在动态平衡, 其对映体之一优先反应, 剩下 的对映体再消旋化、补充，达到选择性反应：
R
C R'
R''
MgX
MgX
R RX C
R' R''
这个过程称为动力学拆分。
配体L 中必须有氨基存在：
Ph C
Pd(OAc)2 + Ph3P
配体交换 Ph3P Ph3P
Pd OAc OAc
Ph3P Pd(0) + Ac2O + Ph3P=O
Ph3P
O
Pd
P
OAc
AcO O
Ph3
Pd(PPh3)2Cl2 + 2 ArB(OH)2 + 2OH[Pd(PPh3)2] + Ar-Ar + 2B(OH)3 + 2Cl-
在镍、钯配合物催化下铝、锌、 锆有机化合物在Negishi 偶联反应中活性 都很低，加入ZnCl2等锌盐都可大大地缩 短反应时间，提高产率，见表11-3所示 。
表11-3 添加ZnCl2量对反应影响
RM + ZnX2
RZnX + MX
M=AlR'2; ZrCp2X
11.4.2 Negishi偶联反应底物
I +
SnBu3
Pd(dba)2 L
序 号 配 体（L） 相对速率
序 号 配 体（L） 相对速率
1 PPh3
1
9
Ph2P(C6F5) 24.3
2 MePPh2
<0.07
10
PhP(C6F5)2 950
3 P(CH2CH2CN)3 <0.07
11
Ph3As
1100
4 (4-MeOC6H4)3P <0.07
11.2.4 Suzuki偶联反应机理
ArX
Ar-Ar'
Pdo