交叉偶聯反應

在過渡金屬配合物的催化下，RX與非過渡金屬有機化合物R'M'形成碳-碳鍵的反應。交叉偶聯反應的效率高，選擇性好，反應條件溫和，是現代有機合成有效手段。

基本介紹

• 中文名：交叉偶聯反應
• 外文名：cross coupling reactions

交叉偶聯反應定義

在過渡金屬配合物的催化下，RX與非過渡金屬有機化合物R'M'形成碳-碳鍵的反應。

交叉偶聯反應的效率高，選擇性好，反應條件溫和，是現代有機合成有效手段。

交叉偶聯反應分類

Kumada偶聯反應

Kumada偶聯反應是在鎳配合物催化下，Grignard試劑與鹵代烴之間的交叉偶聯反應。

反應中常用的催化劑：雙齒膦配位的鎳有機配合物。

反映底物：鹵代芳烴，乙烯基鹵代烴和烷基，芳基Grignard試劑。

反應機理是：

Grignard試劑對鎳有機配合物的Ni-X鍵烴化，還原消除，生成 ； 配合物與鹵代烴發生呢過氧化加成，生成Ni（II）；Grignard試劑對新生成的Ni（II）配合物的Ni-X鍵烴化；還原消除生成偶聯產物。

Suzuki-Miyaura偶聯反應

在零價鈀配合物作用下，鹵代烴與有機硼酸的交叉偶聯反應。

此反應的優點是：有機硼酸穩定，無毒，經濟易得；反應條件溫和，官能團兼容性好；空間位阻影響不大，產率高，選擇性好。

催化劑：最初是單齒膦配位的零價鈀有機配合物，目前發展為環鈀配合物和螯合鈀配合物。

偶聯反應底物：有機硼酸為芳基硼酸，烯基硼酸，炔基硼酸等；鹵代烴為芳基，磺酸酯等。

鹼在本反應中的作用是：不加鹼反應不能進行，常用的鹼為碳酸鉀，氫氧化鉀等。

反應機理為：

Stille偶聯反應

定義為在Pd催化下，有機錫試劑與有機親電試劑之間的交叉偶聯反應。

R1一般是不飽和基團，但有時也可以是烷基；R2一般是不能轉移的基團，例如甲基和丁基。

親電試劑一般是鹵化物。

反應特點：有機錫試劑對空氣和水不敏感，可以被方便的純化和儲存；stille反應本身對空氣和水不敏感，有時候微量的水和空氣甚至可以促進反應的進行；反應選擇性好和對底物的兼容性強，通常不與其他官能團發生反應，因此省略許多保護步驟；stille反應的產物是錫鹽，分離相對容易。

反應機理為：

Negishi偶聯反應

在零價鎳，鈀配合物催化下，鋁，鋅，鋯有機化合物與鹵代烴，三氟甲磺酸酯等之間的偶聯反應。

由於鋁，鋅，鋯有機化合物對空氣敏感，操作麻煩，現在本反應已經很少使用。

本反應的選擇性：鋁，鋅，鋯有機化合物都不會與鹵代烴發生烴基交換，也不會與酮，酯，醯胺的羰基發生加成反應而導致選擇性下降，故本反應的官能團兼容性好。在合成多個不飽和鍵分子時，本反應有獨到之處。

Sonogashira偶聯反應

Pd是昂貴金屬，末端烯烴的投入一般是過量的，在催化體系中用於吸收鹵化氫的有機胺的毒性大且污染環境。反應對氧氣和水很敏感，需要使用惰性氣體和乾燥溶劑。機理為：

Heck反應

最新發展

隨著科學技術的提高，越來越多新的偶聯反應開始被人們所認識，比如，銅和鐵催化的交叉偶聯反應。

過渡金屬催化的偶聯反應是構建碳-碳鍵的重要手段. Fe 具有儲量豐富、價廉低毒、價態多樣的特點, 是一種理想的催化劑。隨著人們對綠色、高效、高選擇性反應的重視, 鐵催化的偶聯反應研究日益增多。 特別是近 10 年來， 出現許多新的催化體系，催生出多種反應類型, 如氧化偶聯、還原偶聯和 C—H 直接官能團化。

鐵催化的偶聯反應最早可以追溯到1945年,Kharasch等發現在氯化鐵存在下, 苯基格氏試劑和溴苯能偶聯生成聯苯。在1971年，Kochi發現氯化鐵可催化鹵代烯烴與格氏試劑的偶聯, 反應具有立體選擇性,反式烯烴的反應速度遠高於順式烯烴(Scheme 1). 值得注意的是, 與二級鹵代烴的格氏試劑的反應並沒有發現明顯的重排產物。1981年, Walborsky的研究同樣證實了反應具有很高的立體選擇性. Molander則發現鹵代烯烴與大位阻的格氏試劑反應時, 立體選擇性會下降(Scheme 1). 這些研究儘管零散, 但充分顯示鐵是完全可以催化偶聯反應的. 不足的是, 這些反應都使用了過量的鹵代烯烴, 且底物的適用範圍較窄, 只有碘代或溴代烯烴能參與反應, 而氯代烯烴則不能反應, 此外反應也不適用於帶有敏感官能團的底物。

鐵催化的碳-碳偶聯反應取得了很多成果的同時也面臨著許多問題：

(1)目前對鐵催化C(sp2)—C(sp3)偶聯的研究最多. 相比之下, 其它類型的偶聯反應還需進一步完善. 如C(sp2)—C(sp2)偶聯中如何避免底物的自身偶聯副反應仍是一大挑戰;

(2)適用鐵催化的金屬試劑種類仍需拓展. 與鐵催化格氏試劑的Kumada反應和鋅試劑的Negishi反應相比, 鐵催化硼試劑的Suzuki反應和錫試劑的Stille反應的例子很少;

(3)對鐵催化碳-碳偶聯反應的機理有待深入研究. 目前對Fe在催化循環中的價態變化傾向於Fe(III)/Fe(I)和Fe(II/0)兩種, 如何確定Fe的最低氧化態並分離出相關中間體是未來的研究重點之一.

總而言之, 鐵催化的碳-碳偶聯反應機遇與挑戰並存. 採用廉價、綠色的鐵催化劑實現更多高效、高選擇性的偶聯反應對於促進工業化生產和綠色化學的發展任重道遠。

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