过渡金属钯、镍催化的碳-碳键偶联反应
碳碳键偶联人名反应
碳碳键偶联人名反应一、引言碳碳键偶联人名反应是有机化学中的一种重要反应，它可以将两个碳原子通过共价键连接起来。
该反应在有机合成中具有广泛的应用，可以用于构建复杂的分子结构，如天然产物和药物。
本文将介绍碳碳键偶联人名反应的基本概念、机理和实际应用。
二、基本概念碳碳键偶联人名反应是指通过催化剂促进两个烷基或芳香族基之间形成新的碳-碳键的化学反应。
这种反应可以在不同的条件下进行，如常温下或高温下，在溶液中或固体中。
常见的催化剂包括钯、铜、镍等金属催化剂，以及硼酸类和亚磷酸类配体。
三、机理1. 钯催化剂钯催化剂是最常用的催化剂之一，它可以促进烷基或芳香族基之间形成新的碳-碳键。
钯催化剂通常与亚磷酸配体或氧杂环丁烷配体一起使用，以增强其活性和选择性。
反应的机理包括以下几个步骤：（1）钯催化剂与亚磷酸配体或氧杂环丁烷配体形成活性物种；（2）活性物种与底物发生配位作用，形成中间体；（3）中间体发生还原消除，生成新的碳-碳键；（4）催化剂再次被氧化，回到起始状态。
2. 铜催化剂铜催化剂也可以促进烷基或芳香族基之间形成新的碳-碳键。
铜催化剂通常与二甲基亚磷酸钠或三甲基膦一起使用，以增强其活性和选择性。
反应的机理包括以下几个步骤：（1）铜催化剂与二甲基亚磷酸钠或三甲基膦形成活性物种；（2）活性物种与底物发生配位作用，形成中间体；（3）中间体发生还原消除，生成新的碳-碳键；（4）催化剂再次被氧化，回到起始状态。
四、实际应用碳碳键偶联人名反应在有机合成中具有广泛的应用，可以用于构建复杂的分子结构，如天然产物和药物。
以下是一些实际应用的例子：1. Suzuki偶联反应Suzuki偶联反应是一种常见的碳碳键偶联反应，它可以将芳香族卤化物与有机硼酸酯或有机硼酸盐在钯催化下发生交叉偶联反应，生成新的芳香族化合物。
该反应在药物合成中广泛应用。
2. Heck偶联反应Heck偶联反应是一种将芳香族或烷基卤化物与烯烃在钯催化下发生偶联反应的方法。
过渡金属催化的C-H键活化／C-C键偶联反应
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Ｙａ ｎ ｇ Ｘｉ ａ ｏ ｙａ 源自 一． Ｌａ ｉ Ｗ ｅ ｎｙ ｏ ｎｇ ． Ｈｕ ａｎ ｇ Ｗ ｅ ｉ
（ １ ．Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ Ｓ ｏ ｒ Ｏ ｒ ｇ ａ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ＆ Ｉ ｔ ， ｌ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｙ ｓ（ ＫＬ Ｏ Ｅ Ｉ Ｄ）ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ． Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｏ ｓ ｔ ｓ＆ Ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍ ｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， Ｎａ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ２ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
第9章 钯催化C-C键交叉偶联反应的机理
Negishi couplings
1 反式（trans）过渡态比顺式（cis）的更容易生成 2 两者是相互竞争的反应 3 只有顺式过渡态可以转化为最终产物 4 顺反式不会直接相互转换
8
Sonogashira couplings
1 Cu(I)可以活化炔烃生成炔基铜 2 根据脱质子和配体交换的顺序，可以将机理分为阳离子 型机理和阴离子型机理。 3 离子型机理与前两种机理存在竞争关系，可以有效提高 反应速率。 4 离子型机理中碱有两个作用：结合质子和卤素（吸电基 有利于反应进行）
9
C-H活化芳基化反应
1 转移金属化过程是反应的决速步 2 钯不与氢原子直接作用，碱与质子结合后形成卡宾可以 与钯结合形成稳定的环状过渡态 3 Concerted metalation deprotonation (CMD)机理
10
2.3 还原消除
trans
cis cis
1 只有顺式产物会进行还原消除 2 还原消除过程不可逆 3 过渡态能垒大小：vinyl < Ph < ethynyl < Me， 马来酰胺 < “empty” < ethylene < PMe3 ≈ MeCN 4 能垒大小与π电子接受能力成反比，因此π电子接受能力差的配体（PMe3）会在还原消除过程前解 离。
4
2.1 氧化加成
协同机理： 1 构型保持 2 气相反应 3 某些极性溶剂
SN2机理： 1 构型反转
2 液相反应
1 位阻小的磷配体，按SN2机理进行，在烷基位置反应。 2 位阻大的磷配体，按协同机理进行，在芳基位置反应。
Chem. Eur. J. 2010, 16, 13390-135397.2.2 转移金Fra bibliotek化11
钯催化构建天然产物(1)
钯催化构筑天然产物【摘要】过渡金属钯在金属有机化学方面具有丰富的反应性, 用作催化剂具有高效率、用量少、选择性高等优点, 钯催化剂在有机合成中的应用有着举足轻重的地位, 由于钯催化剂的新应用, 有机合成领域出现了很多新的合成工艺、合成产物等[1]。
本文在查阅文献的基础上，对钯催化C-C, C-N键偶联构筑天然产物进行了概述。
【关键词】钯催化C-C, C-N键偶联1.钯催化C-C偶联构筑天然产物钯催化的交叉偶联反应金属钯催化的交叉偶联反应是最有效的形成C-C键的方法之一。
经过30多年来的发展，已经实现了各种卤代芳烃及酚类衍生物与各种有机金属试剂及不饱和烃类化合物的交叉偶联反应，如Heck偶联反应，Negishi偶联反应，Stille偶联反应，Kumada偶联反应，Ullmann 偶联反应，以及Suzuki-Miyaura偶联反应。
这类偶联反应已广泛应用于天然产物、生理活性化合物以及有机电子材料的合成中，并已实现了产业化应用。
基于该方法学在有机合成及材料合成领域的杰出贡献，Heck，Suzuki和Negish等三位科学家获得了2010年诺贝尔化学奖。
虽然金属钯催化的交叉偶联反应得到了蓬勃的发展，但在提高催化反应的催化活性、降低催化剂用量、实现温和的反应条件、扩大反应原料的适用性等方面仍是具有挑战性的研究课题。
1.1.1 Mizoroki-Heck反应Mizoroki和Heck分别于1971和1972年发现了一类重要的形成与不饱和双键相连新的C-C 键的反应，故称作Mizoroki-Heck反应。
此类反应在过去的40多年中已经逐渐发展成为一种应用日益广泛的有机合成方法，Heck反应机理如下(Scheme 1)。
Mizoroki-Heck反应是合成具有各种取代基的不饱和化合物最为有效的方法之一。
由于它具有广泛的底物适用性和对许多官能团有好的兼容性，因此，被广泛的应用于新药合成、染料以及有机发光料等领域。
有机合成反应的催化剂和方法
有机合成反应的催化剂和方法有机合成反应是有机化学中的重要内容，它涉及到合成有机化合物的方法和催化剂选择。
催化剂在有机合成反应中起着至关重要的作用，能够加速反应速率、提高产率和选择性。
本文将介绍几种常见的有机合成反应的催化剂和方法。
一、金属催化剂金属催化剂在有机合成反应中应用广泛。
其中，过渡金属催化剂是最常见的一类。
它们能够通过配位或氧化还原反应参与反应过程，并提供一个活性中心，促进反应进行。
常见的过渡金属催化剂包括钯、铑、铂、铜等。
以钯催化的反应为例，钯催化的氢化反应是有机合成中的重要反应之一。
钯催化的氢化反应可以将不饱和化合物转化为饱和化合物，常用于合成药物、香料和高分子材料等。
此外，钯催化的交叉偶联反应也是有机合成中的重要方法之一，可以将两个不同的有机物通过碳-碳键的形成连接在一起。
二、酶催化酶是一类具有生物催化活性的蛋白质，能够在温和条件下催化特定的有机反应。
酶催化在有机合成中具有很高的选择性和效率。
例如，脱氢酶可以催化醇的氧化反应，将醇转化为酮或醛。
这种反应在合成药物和香料中广泛应用。
另外，酶催化的不对称反应也是有机合成中的研究热点，可以合成具有手性的有机分子。
三、非金属有机催化剂除了金属催化剂和酶催化外，还有一类非金属有机催化剂也在有机合成中发挥重要作用。
它们通常是有机小分子化合物，能够通过氢键、离子键或共价键与底物反应，催化反应进行。
非金属有机催化剂具有底物广泛性、高效性和可重复使用性的优点。
例如，有机碱是一类常见的非金属有机催化剂。
它们可以催化酯的加成反应、酰基转移反应和酯的酯交换反应等。
此外，有机酸也是一类常用的非金属有机催化剂，可以催化醇的酯化反应和酸催化的环化反应等。
四、辅助剂的应用在有机合成反应中，还常常使用一些辅助剂来提高反应效率和选择性。
辅助剂可以改变反应体系的酸碱性、溶剂极性和反应条件等，从而促进反应进行。
常见的辅助剂包括溶剂、碱和还原剂等。
溶剂的选择对反应速率和产率有很大影响。
卤代芳烃的c-c键耦合反应
卤代芳烃的c-c键耦合反应
卤代芳烃的C-C键耦合反应是一种在有机合成中构建新的碳碳键的重要方法。
这类反应通常涉及到过渡金属催化，尤其是钯催化剂，在卤代芳烃或卤代烯烃与另一分子（如烯烃、炔烃、硼酸或有机锌试剂等）之间形成新的C-C键。
以下是几种常见的卤代芳烃C-C键耦合反应：
1. Heck反应：这是一种卤代芳烃或卤代烯烃与烯烃在碱和钯催化下生成取代烯烃的反应。
2. Suzuki偶联反应：在这个反应中，卤代芳烃与活化的硼酸在钯催化剂作用下发生偶联，生成联苯类化合物。
这个反应对水不敏感，可以容忍多种活性官能团存在，并且副产物无毒且易于除去，适合工业化生产。
3. Negishi偶联反应：这是卤代芳烃与有机锌试剂在钯催化剂作用下进行的偶联反应，适用于一些其他方法难以偶联的底物。
4. 亲电交叉偶联反应：这种反应可以在两个不同亲电试剂间发生，通常是在电化学条件下，通过阴极还原生成碳负离子，然后与另一亲电试剂发生偶联。
此外，在选择耦合反应时，需要考虑底物的活性、位阻效应以及电子效应。
一般来说，碘代和三氟甲磺酸盐的活性较高，溴代次之，氯代最低。
对于贫电子的卤代芳烃，可能需要过量使用以提高反应效果。
总的来说，这些耦合反应由于条件温和、效率高，已经成为有机合成中不可或缺的工具，广泛应用于药物合成、材料科学等领域。
Negishi反应Ni 催化的碳(sp2)-碳和碳(sp2)-杂交叉偶联反应
除了上述均相催化体系, Bhanage 等发展了基于 Ni-TPPTS (TPPTS: triphenylphosphine trisulfonate sodium salt)的多相催化剂[14,15]. Ni(OAc)2 和 TPPTS 被溶解 在乙二醇中, 然后吸附在硅胶上, 再将制备好的硅胶催 化剂和反应物混合, 以甲苯作溶剂(Eq. 4). 产物的选择 性和均相催化体系相同, 也是 100%的 E 式产物; 转化 率稍低于均相体系, 但是加大硅胶催化剂的用量可以明 显地提高转化率. 乙酸钾作为无机碱和三乙胺、嘧啶等 有机碱相比, 具有易于和产品分离, 以及不会将镍从固 相中溶解出来的优点. 反应结束后, 硅胶很容易过滤出 来, 溶液中没有残留的镍, 而且过滤出的硅胶催化剂可 以重复使用多次, 产率基本不变. 其它的金属, 例如钯, 也可以在类似的条件下催化这个反应. Ni 催化剂的活性 和选择性次于钯, 而好于铑、钌、钴、铂等催化剂.
在诸多碳(sp2)-碳和碳(sp2)-杂偶联反应里, 过渡金 属的催化起着关键的作用. 对于这方面的研究, 最早可 以追述到 Kharasch 时代[2]. 他与随后 Kochi 等的研究[3]
钯催化的反应总结
钯催化的反应总结引言钯（Palladium，Pd）是一种常见的过渡金属催化剂，它在有机合成中有着广泛的应用。
由于钯具有良好的催化活性、选择性和功能多样性，钯催化反应已成为有机合成领域备受关注的重要研究方向之一。
本文将对钯催化的一些重要反应进行总结，以便更好地了解和应用这些反应。
催化剂的选择在钯催化反应中，催化剂的选择起着至关重要的作用。
常见的钯催化剂包括[Pd(PPh3)4]、Pd(PPh3)2Cl2、Pd(OAc)2等，这些催化剂具有良好的催化性能和稳定性。
此外，还可以通过对催化剂进行配体修饰来改变其催化性能，如引入膦配体、氨基配体等。
钯催化的碳-碳键形成反应1. Heck反应Heck反应是钯催化的一个重要的碳-碳键形成反应，它通过亲电性或亲核性的烷基化试剂与不饱和化合物间的交叉偶联，在构建碳-碳键的同时保留官能团的特点。
通常情况下，该反应需要碱的存在，并在乙酸盐氛围中进行。
Heck反应适用于合成各类芳香烃、乙烯烃、酮类等化合物。
2. Suzuki-Miyaura偶联反应Suzuki-Miyaura偶联反应是钯催化的另一个重要的碳-碳键形成反应。
该反应利用有机硼酸酯与卤代化合物在碱的存在下进行交叉偶联，生成对应的芳香烃。
Suzuki-Miyaura偶联反应具有底物宽容性和功能团兼容性高的优点，被广泛应用于有机合成中。
钯催化的碳-氮键形成反应1. Buchwald-Hartwig氨基化反应Buchwald-Hartwig氨基化反应是钯催化的一种重要的碳-氮键形成反应，可以将芳香或烯丙基溴化物与氨或胺类化合物发生反应，生成相应的胺化物。
该反应具有反应条件温和、底物宽容性好的特点，被广泛应用于药物合成和天然产物的合成等领域。
2. Sonogashira偶联反应Sonogashira偶联反应是钯催化的一种重要的碳-氮键形成反应，它通过芳香溴化物或卤代烯烃与炔烃发生偶联反应，生成相应的炔烃衍生物。
Sonogashira偶联反应具有底物宽容性好、反应条件温和的特点，被广泛应用于有机合成中。