Glaser-Eglinton偶聯

乙炔銅的氧化自身偶聯生成二炔的反應。

最早的反應條件對於生成的乙炔銅中間體必須要進行氧氣的氧化處理後才能得到理想產物，現在對於該苛刻的條件又改良得到了很多新的更簡單的方法。

特別有名的是用過量的Cu(OAc)₂，在吡啶溶劑中進行反應的Eglinton改良法、以及催化量的CuCl-TMEDA並且在氧氣環境下進行反應的Hay改良法這兩種。

基本介紹

• 中文名：Glaser-Eglinton偶聯
• 實質：乙炔銅的氧化自身偶聯生成二炔
• 改良：Eglinton改良法等
• 學科：有機化學

Glaser偶聯反應

Glaser於1869年首次以苯乙炔為原料，用銅鹽（CuCl）作催化劑合成了1，3-二炔，這類反應被稱為Glaser偶聯反應。此後，該反應經過不斷的改進已廣泛地套用於化學合成中。Diederich等對Glaser偶聯反應及其在天然產物和複雜結構大分子（如大環化合物）等合成中的套用進行了較為詳細的綜述。

1、銅催化的Glaser偶聯反應

1869年Glaser以苯基乙炔為原料，以氨水和乙醇為溶劑，氯化亞銅（CuCl）為催化劑，在空氣存在的條件下成功地合成了1，4-二苯基1，3-丁二炔。該反應需要分離中間產物——苯基炔化銅，但由於其結晶性差，難以分離，且在乾燥狀態下容易爆炸，使得該反應沒有得到廣泛的套用。此後的研究發現，苯基炔化銅可以原位生成，不經過分離而直接用於空氣氧化得到產物。這一發現引起了人們對該反應的濃厚興趣，開始不斷改進反應條件，並促進了該反應的廣泛套用。1962年，Hay對該反應進行了重要的改進。他採用CuCl和四甲基乙二胺（TMEDA）作為催化劑，在丙酮或鄰二氯苯等溶劑中，成功地用O₂氧化端基炔合成了二炔類化合物。此反應又被稱為Hay偶聯反應，其標準的反應條件是O₂/CuCl/TMEDA。它的最大優點是TMEDA等配體的使用可以增強反應活性種的溶解性，從而使得反應能夠順利進行。該反應可在大多數有機溶劑中進行，反應僅需要催化量的CuCl和TMEDA，並且在低溫和中性條件下也能完成。

改良後的Glaser偶聯反應，可用於（取代）苯基乙炔、烷基乙炔和烷氧基乙炔等各種類型端基炔的偶聯，得到線性或環狀的共軛二炔類小分子。若在偶聯反應中使用含有兩個端基乙炔的化合物如1，4-二乙炔苯，則可以得到苯環與1，4-丁二炔單元交替排列在主鏈上的共軛大分子。這類共軛聚合物具有特殊的光電性質和液晶特性。

Kijima等用烷氧基取代的1，4-二乙炔苯在Hay條件下進行偶聯，成功地合成了聚（2，5-二癸烷氧基-1，4-苯基丁二炔）剛性大分子。此類聚合物能發射較強的螢光，具有半導體特性和熱致液晶特性。該反應得到的聚合物可溶於三氯甲烷和四氫呋喃，GPC測得的數均分子量（Mn）可達5400（Mw/Mn=2.4），共軛長度約為12。如果苯環上沒有烷氧取代基，在同樣的反應條件下獲得的反應產物在所有溶劑中幾乎完全不溶。可見烷氧取代基能增強聚合物的可溶性和可加工性。為了增加聚合物的分子量，同時又改善其溶解性和可加工性，Kijima等還採用2，5-二（十二烷氧基）-1，4-二炔苯與1，3-二炔苯或3-十二烷基-2，5-二炔噻吩在Hay偶聯條件下進行共聚，所得到的聚合物分子量有明顯增加，Mn最高可達30000左右，同時其溶解性也大大增強。

Ohmura等還報導了電化學條件下的Glaser偶聯反應。他們用苯乙炔的衍生物，在CuCl/TMEDA/40℃/Ar條件下，通過電解（高氯酸鋰電解液/+1.5V）成功地合成了二苯基丁二炔類化合物。1，4-二炔苯在上述電解條件下則可以得到1，4-二苯基丁二炔的聚合物。

研究結果顯示，上述聚合物在I₂摻雜後，電導率顯著增加，說明電化學方法是合成具有共軛碳碳三鍵導電高分子的一種新方法。此方法的另一個特點是所得到的聚合物分子量較低（GPC測得的分子量Mn約為1800），可溶性好。

銅（I）鹽催化的Glaser偶聯反應也可以在離子液體中進行。常規的有機溶劑往往有毒、易揮發、易燃、污染環境。作為綠色溶劑的離子液體則克服了這些缺點。離子液體是常溫下呈液態的離子化合物，可以溶解許多有機物和無機物，能循環使用，操作簡便。離子液體作為化學反應的介質已引起了廣泛關注。Yadav等的實驗證明，Glaser偶聯反應在Hay條件下可在離子液體[bmim]PF₆中順利進行。該反應產率可達95%，並且底物的官能團並不影響反應。研究結果說明，由於氧氣在離子液體中的溶解度較在常規溶劑中大，Glaser偶聯反應在離子液體中可以降低反應時間、提高產率、便於分離，同時離子液體可以循環使用4～5次。因此，離子液體是Glaser偶聯反應的優良溶劑。

超臨界二氧化碳是另一類被廣泛使用的綠色溶劑。Glaser偶聯反應也可以在超臨界二氧化碳中進行。在超臨界二氧化碳中，用氯化銅作氧化劑，以醋酸鈉代替胺，成功地進行了Glaser偶聯反應。研究結果顯示，該反應需要足夠量的氯化銅，超臨界二氧化碳的低粘度有利於反應的進行，醋酸鈉可以加快反應速度，而適量的甲醇可以增加氯化銅在超臨界二氧化碳中的溶解度從而加速該反應。當R基團為芳基時，產率可高達100%。

偶聯反應還可以在近臨界水中進行。水資源豐富且無毒無害是最易得的綠色溶劑，但由於大多數有機物在常溫下難溶於水且在水中難於反應。近臨界水是溫度250～300℃，壓力每平方米一千磅狀態下的水。它可以溶解不同的有機化學品和鹽。大量的實驗證明近臨界水可以作為優良的溶劑參與有機反應。李品華等在近臨界水中，用氯化銅作催化劑，在沒有有機溶劑和鹼存在的條件下，成功地完成了Glaser偶聯反應，產率達60%～85%。溫度對該反應的進行起著至關重要的作用，在190～230℃內，偶聯反應的產率很高。催化劑的有效順序是氯化銅>硫酸銅>氯化亞銅>醋酸銅>>硫酸鋅≈氯化鋅。並且只有當n氯化銅∶n炔>0.2：1時，才能得到滿意的產率。實驗證明:加入鹼對反應無影響。該反應的機理還在進一步研究中。

2、鈀-銅催化的Glaser偶聯反應

用鈀來催化的Glaser偶聯反應是在30多年前發現的，它有力地推動了金屬有機化學的發展。1985年，Rossi等對此反應進行了改進。他們採用Pd（PPh₃）₄/CuI/Et₃N催化體系，以氯代丙酮作氧化劑，在非極性溶劑苯中進行Glaser偶聯反應。在此反應條件下，苯基炔偶聯的產率可達94%，而脂肪炔的偶聯產率卻很低。此反應條件用於吡咯單取代乙炔的偶聯反應可獲得較高產率。隨後，Kundu和Liu等對該反應作了進一步的改進。Liu研究組發現，採用PdCl₂（PPh₃）₂/CuI/i-Pr₂NH催化體系，用碘作氧化劑可以實現芳基炔和脂肪炔的Glaser偶聯。在該條件下，脂肪炔的產率得到大大提高。但碘很容易與端基炔發生副反應，將此反應套用於二炔苯類單體的偶聯聚合時，會因此生成化學組成不均勻的低分子量聚合物。Williams等研究發現，苯醌對端基炔惰性，用它作氧化劑可以更有效的實現苯乙炔的Glaser偶聯反應。

Williams改用Pd（PPh₃）₄作催化劑，將上述反套用於烷氧基取代的1，4-二炔苯的偶聯聚合，合成了烷氧基取代的聚（對苯二乙炔）共軛聚合物。單體b均聚產物的分子量（Mn）可達14000，但溶解性較差。為了改善聚合產物的溶解性，Williams等用單體a和單體b以不同的摩爾比進行共聚，所得產物的溶解性大大提高。選擇適當的摩爾比和適量的苯醌，產物的Mn可高達150000。

3、鈷催化的Glaser偶聯反應

鈷的配位化合物可以催化多種有機反應。最近的研究發現，一氧化碳和鈷的配位化合物可以催化端基炔的偶聯反應，得到1，3-二炔。乙腈為該反應的最佳溶劑，因為鈷的配位化合物能溶於乙腈，使反應產率大大提高。由於一氧化碳能延長催化劑的使用壽命，反應過程中通入一氧化碳可以得到更高的產率。該反應的機理正在進一步的研究當中。

Glaser反應機理

有關Glaser反應機理的研究報導一直較少，Glaser偶聯反應的機理也一直沒有定論。早期人們以為是一種以自由基為中間體的機理。後來，Bohlmann等提出了以雙核炔銅配合物為中間體的機理:端基炔在鹼性條件下失去一個質子而形成負離子，二價的銅鹽與含氮化合物形成絡合物，由於端基炔負離子富電子，可取代絡合物中的鹵素離子而與銅配位，形成雙核的炔銅配合物，此配合物分解即可得到偶聯的二炔產物。

此反應機理不能圓滿地解釋以O₂為氧化劑的Glaser偶聯反應，因為O₂與Cu之間的相互作用沒有在這一機理中得到反應，而這一作用對偶聯反應的完成卻是非常重要的。

最近，Fomine等通過計算，對其機理作了進一步的解釋。

一價的銅鹽首先與TMEDA形成配位正離子1，1中的銅離子通過空軌道與端基炔形成不穩定的配位正離子2，另一分子的TMEDA奪去1中炔上的一個質子，形成炔銅4。5再與TMEDA+作用獲得一個質子形成5。2與5作用，形成不穩定的四元環6，四元環通過重排開環得到兩分子的8，兩分子的8相結合形成9，最後得到二炔10。該反應機理包括了銅（I）/（III）/（II）的催化循環，關鍵步驟是O₂與兩分子的5作用而被活化並形成6。類似於6的Cu（III）絡合物可在Glaser偶聯反應中被分離出來並進行了結構表征，說明了這一機理的可靠性。該機理活化能適中，反應在室溫下即能進行。

鈀催化的端基炔的Glaser偶聯反應機理近來也已有論述。它是由銅鹽與炔先形成炔銅（A），A與鈀（II）形成二炔鈀（B），B發生還原消除形成二炔和鈀（0），鈀（0）在氧化劑作用下，又還原為鈀（II）的過程。

展望

Glaser偶聯反應及其改進後的各類炔烴偶聯反應，已廣泛地套用於有機和高分子的合成中。由於偶聯產物含有兩個共軛的碳碳叄鍵，它可用於共軛聚合物的合成。特別是近年來隨著有機高分子光電材料研究的發展，它的這一特性得到了越來越多的重視，並已套用於二炔苯類化合物的偶聯聚合中。

如前所述，通過改變反應條件（如電化學條件）和二炔苯類單體的結構（取代基的長度等）或採用多種單體共聚的方法，可以控制所得共軛聚合物的分子量及其溶解性和可加工性。這些共軛聚合物表現了優異的光電性能。根據已有的研究報導，Glaser偶聯反應可在離子液體、超臨界二氧化碳和水等綠色溶劑中進行。但二炔苯或三炔苯類單體在上述綠色溶劑中的Glaser偶聯聚合反應尚未見報導，可以預見，這類聚合反應的會得到具有新結構與組成的聚合產物，並為Glaser偶聯反應的套用開闢新的途徑。