钯催化芳基重氮盐偶联反应的研究进展

联芳基化合物在天然产物、液晶材料、配体和 药用分子［1］等的合成中有着广泛的应用，是有机 化学和催化化学的研究热点。近些年来通过过渡 金属催化芳基化合物之间偶联反应方法来合成联 芳基化合物一直是化学工作者研究的重点和热 点。而在近几年，芳基重氮盐作为一种好的芳基 亲电试剂，由 于 其 容 易 制 备，价 格 低，活 性 高［2-4］， 在偶联反应中得到了充分的应用［5］。
1 钯催化的芳基重氮盐的自身偶联反应 2007 年，Cepanec 课题组［7］报道了 Cu（ OTf） 2
催化芳基重氮盐的自偶联反应，反应中使用 Cu 作为终端还原试剂。实验是在无水无氧条件下进 行，溶剂是乙腈，在 Cu（ OTf） 2 的助催化作用下， 富电子与缺电子底物自偶联都能得到较好的 收率。
同年，Kabalka 课题组［17］用离子液体［Bmim］ ［PF6］作溶剂，Pd（ OAc） 2 （ 2 mol% ） 作催化剂，以 （ 1. 2 mmol） 四氟硼酸重氮苯盐和（ 1. 0 mmol） 烯 基化合物为模板反应，室温下反应 3 h，收率最高 可达到 80% 。
在此反应中，催化剂循环使用 4 次后收率没 有明显的下降。反应式如下所示。
20 世纪以来，过渡金属催化的偶联反应，尤 其是钯催化的偶联反应在有机合成的各个领域得 到了广泛的 应 用［6］。 经 过 对 钯 催 化 剂 进 行 适 当 修饰或选择合适的配体，由此得到高活性的钯催 化剂，可以在温和条件下实现芳基重氮盐与多种 类型化合物的偶联反应。通过化学工作者的不懈 努力，利用这些钯催化剂已经建立了一系列方法 学，这类经典方法学经过长期的完善，反应条件较 透彻，收率较高，因此在实验室和工业生产中得到 广泛应用。近年来，许多课题组开发出多种活性 高、选择性好的钯催化剂可用于芳基重氮盐的偶 联反应，本文从 C—C 键形成角度，对钯催化的芳 基重氮盐偶联反应研究进展进行分类论述。
Ｒ1 = X，NO2 ，OMe，COOMe，CF3 ，Alkyl； Ｒ2 = H，X，NO2 ，OMe
实验结果表明： 均匀分散于活性炭上的低氧 化度 Pd（ 0） 纳米颗粒具有最优的催化活性，催化 剂虽不能循环再利用，但在简单过滤后，对溶剂和 产物的污染小，比传统均相体系更有环境友好性， 该反应最大的优点是能简短高效地合成杀真菌剂 啶酰菌胺，是当前 Suzuki 偶联反应最大的商业应 用之一。
1997 年，Sengupta 课题组［9］也成功地进行了 Pd（ OAc） 2 催化的芳基重氮盐和芳基硼酸的偶联 反应，Pd （ OAc） 2 用量是 10 mol% ，甲醇作溶剂， 回流温度下反应 1 h，收率最高可达到 90% 。反 应式如下所示。
Ｒ1 = X，Me，OMe，COOMe，COMe； Ｒ2 = H，Me
在此基础上，Hanna 课题组发现了一种新的 途径来实现四氟硼酸重氮苯盐的自偶联，4-溴四 氟硼酸重氮苯盐作为模板反应，Pd（ OAc） 2 作为
2 芳基重氮盐的交叉偶联反应 化学家们在探索温和条件下实现芳香重氮盐
催化氧化自身偶联反应的同时也在不断尝试芳香 重氮盐参与的交叉偶联反应。
收稿日期： 2013-01-22 作者简介： 宋少娟（ 1987-） ，女，陕西宝鸡人，硕士生，主要研 究方向为有机合成。 通讯作者： 魏文珑，E-mail： weiwenlong@ tyut． edu． cn。
Ｒ1 = H，X，Me，OMe； Ｒ2 = Aryl，COOMe，CN
2003 年，Ｒoglans 课题组［15］利用二茂铁骨架 负载钯催化剂催化重氮盐的 Heck 偶联反应，收 率可高达 100% 。值得一提的是，此反应中的催 化剂可以回收，只是在回收之后循环利用的过程 中需要加大催化剂用量和延长反应时间，回收率 最高可达 100% 。
催化剂的回收利用实验证明： 此催化剂经过 两次循环利用后，催化活性有所下降，这是由于在 催化剂回收过程中催化剂中的纳米复合物有所损 失所致。 2. 2 钯催化芳基重氮盐的 Heck 偶联
关于重氮盐作为亲电试剂还未被广泛的研究 过，早在 20 世纪 70 年代，Kikukawa 等［13］报道了 芳基重氮盐参与的过渡金属催化的芳基化反应。
2012 年，我们课题组［11］采用一种 新 型 纳 米 钯催化剂来催化芳基重氮盐和芳基硼酸的偶联反 应，钯催化剂的用量是 0. 3 mol% ，不需要加碱和 任何配体，甲醇作溶剂室温下反应得到较高的收 率。我们所用的催化剂是参照 Kwon's 等［12］报道 的方法制备得到的，在催化剂制备过程中，我们使
催化剂，乙醇作溶剂，反应不需要加入额外的金属 还原试剂，也不需要无水无氧操作，反应的最终收 率为 66% 。反应式如下所示。
Ｒ = H，X，Me，OMe，COMe，CN，NO2
试验 结 果 表 明： 当 Pd （ OAc ） 2 用 量 是 10 mol% ，乙醇用量是 1 mL，回流条件下反应得到的 4，4'-二溴联苯收率为 45% ，副 产 物 溴 苯 收 率 为 35% ，对 Pd（ OAc） 2 用量的考察发现，不使用催化 剂时得到的产物全是溴苯，随着催化剂用量的增 加，联苯的生成量增加而溴苯的生成量急剧减少， 这一现象可以用 Suzuki 偶联机理来解释。另外， 作者还考察了浓度对产物分布及其收率的影响， 产物联苯的生成需要联芳基 Pd 复合物的生成，而 钯复合物是通过双分子歧化产生的。因此他们认 为通过改变反应物浓度可以促使钯复合物的生 成，从而提高产物的收率，作者通过实验证实了当 反应物浓度为 0. 5 mol / L 时产物收率最高。
2010 年，Correia 课题组［21］ 报 道 了 首 例 分 子 内进行的 Heck 偶联反应，Pd（ OAc） 2 （ 5 mol% ） 作 催化剂，甲醇作溶剂，50 ℃ 下反应，收率可达到 65% 。反应式如下所示。
Ｒ1 = X，Me，OMe； Ｒ2 = H，COOMe
同年，该课题组［19］还研究了烯丙基酯和芳基 重氮盐反应的区域选择性和立体选择性，介绍了 一种合成内酯的方法，产物收率最高可达 96% 。 反应式如下所示。
Ｒ1 = H，n-Bu，CH2 OAc； Ｒ2 = H，X，OMe，NO2 ，萘基
试验结果表明： 该方法反应条件温和，高效， 操作简便，反应过程具有很好的立体选择性，而且 能够完整地保留少娟等： 钯催化芳基重氮盐偶联反应的研究进展
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2004 年，钯催化剂作为 Heck 偶联反应最传 统的催化剂，其高效性受到人们长期而广泛的关 注。Chen 课题组［16］用醋酸钯和 C2 轴对称的硫 脲类配体作催化剂，对重氮盐的偶联反应进行了 系统的研究，该反应适用于各种吸电子基和给电 子基取代的反应物，最高收率可达 98% 。
用 110 ℃ 替代文献中报道的 120 ℃ 。
纳米钯的制备 The synthesis of nano-palladium
反应式如下所示。
Ｒ1 = H，X，Me，NO2 ； Ｒ2 = H，X，Me，OMe
通过对反应中各个条件的优化得到了最佳反 应条件，即钯催化剂用量为 0. 3 mol% ，芳基重氮 盐与芳基硼酸的物料比为 1∶ 1. 2，甲醇作溶剂，用 量为 1. 8 mL，室温下反应 4 h，收率最高可达到 97% 。在此条件下，底物的广谱性非常好。同时 通过空白试验发现所产生的产物全部来自交叉偶 联，不存在自偶联现象，而且溶剂的种类对反应影 响至关重要。
DOI:10.13822/ki.hxsj.2013.09.009
第 35 卷第 9 期
宋少娟等： 钯催化芳基重氮盐偶联反应的研究进展
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化学试剂，2013，35（ 9） ，809 ～ 814
钯催化芳基重氮盐偶联反应的研究进展
宋少娟，邵忠奇，李兴，常宏宏，魏文珑*
（ 太原理工大学 化学化工学院，山西 太原 030024）
2002 年，Andrus 课题 组［14］ 报 道 了 用 钯 与 咪 唑卡宾配体的复合物作催化剂（ 2 mol% ） 催化芳 基重氮盐与烯基化合物的偶联反应，四氢呋喃作 溶剂，室温下反应 3 ～ 5 h，收率最高可达到 91% ， 在此反应中，醋酸根还充当了碱的作用来活化钯 催化剂。反应式如下所示。
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化学试剂
2013 年 9 月
2. 1 钯催化芳基重氮盐的 Suzuki 偶联反应 1996 年，Genêt 课题组［8］最早研究了 Pd（ OAc） 2
催化四氟硼酸芳基重氮盐和芳基硼酸的 Suzuki 偶联 反 应，该 反 应 在 室 温 下 进 行，不 需 加 碱 和 配 体，反应具有良好的广谱性，当芳基重氮盐和芳基 硼酸上连有多种吸电子或供电子基团时，反应均 能顺利进行。
试验结果表明： 当邻位取代的芳基重氮盐与 邻位取代的苯硼酸反应时，收率大幅度降低，可见 该反应表现出了强的立体位阻效应。硝基取代的 芳基重氮盐未能参与反应，作者推测可能是由于 其自身相对高的氧化还原能力造成的。
2009 年，Felpin 课题组［10］报道了一例实用有 效的四氟硼酸芳基重氮盐和硼酸的 Suzuki 偶联 反应，该反应是用负载于活性炭上的高活性钯催 化剂进行催化的，不需要加任何配体。反应式如 下所示。
摘要： 综述了目前国内外关于钯催化的芳基重氮盐参与的直接催化氧化偶联反应的最新研究进展，包括芳基重氮盐的自 身偶联、Suzuki 偶联、Heck 偶联、Hiayama 偶联和 Sonogashira 偶联，从不同的反应类型、催化体系和各自的优缺点方面展 开了讨论。 关键词： 钯催化； 芳基重氮盐； 偶联反应 中图分类号： O625 文献标识码： A 文章编号： 0258-3283（ 2013） 09-0809-06
同年，该课题组［20］提出了通过烯基醚类化合
物和重氮盐的 Heck 芳基化来合成黄酮类化合物 的方法，反应产物有 3 种，在不同的反应条件下 3 种 产 物 的 收 率 各 有 差 异。 当 反 应 条 件 为 Pd2 （ dba） 3 dba（ 1. 0 mol% ） ，NaOAc（ 4. 0 倍物质的 量） ，MeCN 作溶剂，室温下反应 0. 5 h，反应产物 为化合物 3，收率 95% ； 在此反应条件的基础之上 加入 n-Bu4 NHSO4 （ 0. 5 倍物质的量） 时，生成的产 物以 化 合 物 3 为 主，以 化 合 物 4 为 次，随 着 n-Bu4 NHSO4 加入量的增加，化合物 3 的生成量减 少，化 合 物 4 的 生 成 量 增 加； 当 反 应 中 只 加 入 Pd（ OAc） 2 （ 5. 0 mol% ） ，n-Bu4 NHSO4 （ 2. 0 倍物质 的量） ，DMF 作溶剂室温下反应 5 h，产物以化合 物 4 为 主，以 化 合 物 3 为 次； 当 反 应 条 件 变 为 Pd2 （ dba） 3 dba（ 5. 0 mol% ） ，NaOAc（ 4. 0 倍物质的 量） ，溶剂为 V（ 乙腈） ∶ V（ 甲醇） = 1∶ 1，室温下反 应 0. 5 h 生成的产物主要是化合物 3 和化合物 5， 两者的比例近似为 1 ∶ 1，若将溶剂换为 V （ 苯甲 腈） ∶ V（ 甲醇） = 1∶ 1，室温下反应 0. 5 h 生成的产 物以化合物 5 为主，以化合物 3 为次。反应式如 下所示。