有机合成过程中钯催化交叉偶联
钯催化交叉偶联反应
钯催化的交叉偶联反应一、偶联反应综述1．交叉偶联反应偶联反应，从广义上讲，就是由两个有机分子进行某种化学反应而生成一个新有机分子的过程。
狭义的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳－碳键生成的反应，根据类型的不同，又可分为自身偶联反应和交叉偶联。
交叉偶联反应是一个有机分子与另一有机分子发生的不对称偶联反应。
2．碳碳键形成的重要性新碳－碳键的形成在有机化学中是极其重要的。
人们了解了天然有机物质的结构和性能，并根据有机物质的结构，通过碳原子组装成链，建立有机分子，最终实现天然有机物质的人工合成。
目前为止，人类已经利用有机合成化学手段创造出几千万种物质，且越来越多的有机物质已经广泛应用到制药、建材、食品、纺织等人类生活领域，我们的生活也几乎离不开有机物了。
合成药物、塑料等有机物质时，需要用小的有机分子将碳原子连接在一起构建新的复杂大分子，因而有机合成中高效的连接碳－碳键的方法是有机合成化学中的重要工具。
从以往该领域诺贝尔化学奖的授予情况也可以看出合成新碳－碳键的重要性:1912年维克多·格林尼亚因发明格林尼亚试剂——有机镁试剂获奖，1950年迪尔斯和阿尔德因发明双烯反应迪尔斯－阿尔德反应获奖，1979年维蒂希与布朗因发明维蒂希反应共同获奖，2005年伊夫·肖万、罗伯特·格拉布、理查德·施罗克因在有机化学的烯烃复分解反应研究方面作了突出贡献获奖。
3．有机合成中的钯催化交叉偶联反应随着时代发展，合成有机化学的研究愈加深入，20世纪后半期，科学家们发现了大量通过过渡金属催化来创造新有机分子的反应，促使有机合成化学快速发展。
特别是赫克、根岸英一和铃木章发现的钯催化交叉偶联反应，为化学家们提供了一个更为精确有效的工具。
三位科学家发现的钯催化交叉偶联反应中都使用了金属钯作为反应的催化剂，当碳原子与钯原子连在一起时，钯原子唤醒了“懒惰”的碳原子但又不至于使它太活泼，于是形成温和的碳－钯键，在反应过程中，钯原子又可以把别的碳原子吸引过来，形成另一个金属－碳键，此时两个碳原子都连接在钯原子上，它们的距离足够接近而发生反应，生成新的碳－碳单键。
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。
钯催化的交叉偶联反应——2010诺贝尔化学奖简介
产治疗高血压 、 肾脏病等方 面的药 物 。 １本 医药 公司用 ３
铃木 反应生产 的 降压 药 ．０ ９年在 １本 国 内就有 １０ ２０ ３ ４０
亿 １ （ １０ ３ 约 ２ 亿人 民币 ） 元 的销售额。电子领域也开始瞩
目“ 钯催 化的交叉偶 联反应 ” 相关成 果不 断被推 出 ， ， 手
２１年 １ ００ ０月 ６１瑞典 皇家科学 院诺 贝尔颁奖委员 ３ 会把今 年 的诺贝尔化学 奖授予 美 国科学家 ７ ９岁的理 查 德一 赫克 （ ｉ ａ ｅｋ 、 Ｒｃ ｒ Ｈ ｃ ） １ ｈｄ ３本科学 家 ７ ５岁 的根岸英 一 （ ｉｉｈ Ｅ—ｃｉ ｅｉ ｉ Ｎ ｇ ｈ）和 １本科学家 ８ 的铃木 章（ ｋｒ ｓ ３ ０岁 Ａ ｉ ａ
铃木章 。 本公 民。９ ０ 出生于 １本北海道 。９ ９ ３ １ １３ 年 ３ １５ 年在北 海道大学获得博士学位 。１６ ９ ３年一 ９ ５ ， １６ 年 铃木 章在美 国普渡大学赫伯特 ・ 布朗教授指导下完成 博士后
研究 。 ９ ３ １７ 年起在北海道大学任教授。１７ 年 ， 明“ ９９ 发 铃 木反应” 。铃木教授 的论文数量不多 。 且大都 以 １文的形 ３ 式发表在 了 １本 的学术 刊物 上。但 是 ． ３ 他的研究非 常严 密 ， 出来的结果经得起反 复推 敲。为 了证实 自己的研 做 究结果具有可重复性 ． 铃木教授不 惜购买全套 的新实验
尔化学奖的赫伯特 ・ 布朗（ ｒｅ ｒｗ ） ９ ７ ， Ｈｅ ｒＢ ｏ ｎ 。１７ 年 发明 ｂｔ “ 根岸反应” 。根岸现为美 国普 渡大学化学教授。当根岸 教授在大教 室照常讲授他 的课程 “ 有机化合物 的性质 ”
一
者， 真可谓名师出高徒。
二、 有机合成 中的钯催化交叉偶联反应
钯催化交叉偶联反应
钯催化交叉偶联反应什么是钯催化交叉偶联反应？钯催化交叉偶联反应(Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reaction)是一种重要的有机合成反应。
它是一类碳-碳键构造的反应，是通过将两种不同的碳基官能团或碳碳键连接在一起，以形成新的C-C化合物。
反应机理在钯催化交叉偶联反应中，两个分子的有机基团进行偶联，然后由钯离子起催化作用，生成新的碳碳键。
催化剂形式上是Pd(0)配合物，反应机理如下：1.钯催化剂先通过脱对氢化学计量通常分配Pdcatalyst (I)。
2.钯催化剂进一步和配体形成配合物(PdL2)。
3.配合物和卤代烃发生交换生成过渡态PdL2(RX)。
过渡态中，钯离子与亲电吸引剂的卤素原子形成键；此过程中C-X钩体断裂，形成第一级碳中间体。
4.结合第二个有机基团生成PdL2(RY)介于新的物种。
5.最后的反应产物通常通过还原反应，将钯催化剂还原为Pd(0)。
应用钯催化交叉偶联反应已经成为有机合成中的重要反应之一，广泛应用于制药、化工、材料科学等领域。
其重要应用包括:•制备非对映选择性或对映选择性的C-C连接化合物。
•制备有机材料。
•合成复杂天然产物的合成方法研究。
反应类型钯催化交叉偶联反应可以根据反应物和类型进行分类。
最常用的交叉偶联反应类型是官能团反应 (Functional Group Coupling) 和碳-碳双键偶联反应 (Carbon-Carbon Double Bond Coupling)，这些反应分类包括下列:1.骨架化反应 (Fragmentation Reaction)2.偶联反应 (Cross-Coupling Reaction)3.代换反应 (Substitution Reaction)4.重排反应 (Rearrangement Reaction)反应优点由于钯催化交叉偶联反应具有高效性、选择性、重复性和收率高的特点，它已经成为有机化学领域极为重要的反应之一。
钯催化交叉偶联反应
耙催化的交叉偶联反应一、偶联反应综述1. 交叉偶联反应偶联反应，从广爻上讲，就是由两个有机分子进行某种化学反应而生成一个新有机分子的过程。
狭艾的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳一碳键生成的反应，根据类型的不同，又可分为自身偶联反应和交叉偶联。
交叉偶联反应是一个有机分子与另一有机分子发生的不对称偶联反应。
2. 碳碳键形成的重要性新碳-碳键的形成在有机化学中是极其重要的。
人们了解了天然有机物质的结构和性能，并根据有机物质的结构，通过碳原子组装成链，建立有机分子，最终实现天然有机物质的人工合成。
目前为止，人类已经利用有机合成化学手段创造出几千万种物质，且越来越多的有机物质已经广泛应用到制药、建材、食品、纺织等人类生活领域，我们的生活也几乎离不开有机物了。
合成药物、塑料等有机物质时，需要用小的有机分子将碳原子连接在一起构建新的复杂大分子，因而有机合成中高效的连接碳一碳键的方法是有机合成化学中的重要工具。
从以往该领域诺贝尔化学奖的授予情况也可以看出合成新碳一碳键的重要性：1912年维克多•格林尼亚因发明格林尼亚试剂——有机镁试剂获奖，1950年迪尔斯和阿尔德因发明双烯反应迪尔斯一阿尔德反应获奖,1979年维蒂希与布朗因发明维蒂希反应共同获奖,2005年伊夫・肖万、罗伯特•格拉布、理查德•施罗克因在有机化学的烯怪复分解反应研究方面作了突出贡献获奖。
3. 有机合成中的耙催化交叉偶联反应随着时代发展，合成有机化学的研究愈加深入，2 0世纪后半期，科学家们发现了大量通过过渡金属催化来创造新有机分子的反应，促使有机合成化学快速发展。
特别是赫克、根岸英一和铃木章发现的把催化交叉偶联反应，为化学家们提供了一个更为精确有效的工具。
三位科学家发现的把催化交叉偶联反应中都使用了金属把作为反应的催化剂，当碳原子与把原子连在一起时，把原子唤醒了“懒惰”的碳原子但又不至于使它太活泼，于是形成温和的碳-把键，在反应过程中，把原子又可以把别的碳原子吸引过来，形成另一个金属一碳键，此时两个碳原子都连接在把原子上，它们的距离足够接近而发生反应，生成新的碳-碳单键。
hiyama交叉偶联反应
hiyama交叉偶联反应Hiyama交叉偶联反应是一种重要的有机合成方法，可以用于构建碳-碳键和碳-硅键。
该反应以有机卤化物和有机硅试剂为底物，在催化剂的作用下进行反应，生成交叉偶联产物。
本文将介绍Hiyama交叉偶联反应的原理、应用和研究进展。
一、Hiyama交叉偶联反应的原理Hiyama交叉偶联反应是由日本化学家Hiyama于1988年首次报道的。
该反应属于钯催化的交叉偶联反应，以有机卤化物和有机硅试剂为反应底物，在钯催化剂的作用下，发生碳-硅键的形成。
催化剂通常采用钯配合物，如[Pd(PPh3)4]、Pd2(dba)3和[PdCl2(dppf)]等。
有机硅试剂可以是硅醚、硅酮、硅酸酯等。
在反应中，有机卤化物首先与钯催化剂形成配合物，然后发生氧化加成，生成中间产物。
接着，有机硅试剂与中间产物发生还原消除，生成交叉偶联产物。
整个反应过程中，钯催化剂起到了关键的催化作用，促进了反应的进行。
二、Hiyama交叉偶联反应的应用Hiyama交叉偶联反应在有机合成中具有广泛的应用价值。
首先，该反应可以用于构建碳-碳键。
有机卤化物可以是烷基卤化物、芳基卤化物等，有机硅试剂可以是芳基硅试剂、烷基硅试剂等。
通过Hiyama交叉偶联反应，可以将不同的有机基团连接在一起，构建复杂的有机分子骨架。
Hiyama交叉偶联反应还可以用于构建碳-硅键。
有机硅试剂可以是含有硅醚、硅酮等官能团的化合物，通过与有机卤化物的反应，可以在分子中引入硅基团。
硅基团在有机合成中具有重要的应用，可以参与到后续的反应中，进一步改变分子的性质。
Hiyama交叉偶联反应还可以用于天然产物的合成。
很多天然产物中含有复杂的碳-硅键结构，通过Hiyama交叉偶联反应，可以高效地合成这些天然产物的类似物。
这对于药物研究和化学生物学研究具有重要意义。
三、Hiyama交叉偶联反应的研究进展近年来，研究人员对Hiyama交叉偶联反应进行了深入的研究，不断改进反应条件和催化剂体系，提高反应的效率和选择性。
钯催化交叉偶联反应
钯催化交叉偶联反应钯催化交叉偶联反应2010-10-26 17：32钯催化交叉偶联反应摘要钯催化交叉偶联反应是一类用于碳碳键形成的重要反应，在有机合成中应用十分广泛。
钯催化交叉偶联反应-简介为制造复杂的有机材料，需要通过化学反应将碳原子集合在一起。
但是碳原子在有机分子中与相邻原子之间的化学键往往非常稳定，不易与其他分子发生化学反应。
以往的方法虽然能令碳原子更加活跃，但是，过于活跃的碳原子却又会产生大量副产物。
而用钯作为催化剂则可以解决这个问题。
钯原子就像"媒人"一样，把不同的碳原子吸引到自己身边，使碳原子之间的距离变得很近，容易结合--也就是"偶联"。
这样的反应不需要把碳原子激活到很活跃的程度，副产物比较少，因此更加精确而高效。
赫克、根岸英一和铃木章通过实验发现，碳原子会和钯原子连接在一起，进行一系列化学反应。
这一技术让化学家们能够精确有效地制出他们需要的复杂化合物。
钯催化交叉偶联反应-应用如今，"钯催化交叉偶联反应"被应用于许多物质的合成研究和工业化生产。
例如合成抗癌药物紫杉醇和抗炎症药物萘普生，以及有机分子中一个体格特别巨大的成员--水螅毒素。
科学家还尝试用这些方法改造一种抗生素--万古霉素的分子，用来灭有超强抗药性的细菌。
此外，利用这些方法合成的一些有机材料能够发光，可用于制造只有几毫米厚、像塑料薄膜一样的显示器。
科学界一些人士表示，依托"钯催化交叉偶联反应"，一大批新药和工业新材料应运而生，这三名科学家的科研成果如今已经成为支撑制药、材料化学等现代工业文明的巨大力量。
钯催化交叉偶联反应-诺贝尔奖2010年10月6日在瑞典皇家科学院举行的新闻发布会上，瑞典皇家科学院常任秘书诺尔马克首先宣读了获奖者名单。
他说，赫克、根岸英一和铃木章在"钯催化交叉偶联反应"研究领域作出了杰出贡献，其研究成果使人类能有效合成复杂有机物。
kumada交叉偶联反应机理
kumada交叉偶联反应机理Kumada交叉偶联反应是有机合成中一种重要的反应类型，它可以实现碳-碳键的构建。
这个反应以其高效、高选择性和宽广的适用范围而受到广泛关注。
本文将详细介绍Kumada交叉偶联反应的机理。
Kumada交叉偶联反应的机理可以分为四个步骤：金属活化、还原消除、碳-碳键形成和金属再氧化。
反应开始于金属活化步骤。
在这个步骤中，金属催化剂与溴化物底物发生配位，并形成一个活性中间体。
这个中间体是通过金属催化剂的氧化还原反应产生的。
常用的金属催化剂有钯（Pd），钯催化剂能够与有机溴化物底物形成配合物。
金属催化剂的选择对于反应的效率和选择性都有很大的影响。
接下来是还原消除步骤。
在这个步骤中，金属催化剂与有机溴化物底物发生还原消除反应，生成一个碳氢键。
此步骤通常需要还原剂的参与，常用的还原剂有锌（Zn）和亚铁（Fe）等。
还原消除反应的目的是将溴原子从有机分子中去除，从而为下一步的碳-碳键形成反应创造条件。
然后是碳-碳键形成步骤。
在这个步骤中，金属催化剂与第二个有机卤化物底物发生反应，形成一个新的碳-碳键。
这个步骤可以使两个不同的有机分子连接在一起，构建碳-碳键。
由于金属催化剂的存在，这个步骤可以在温和的条件下进行。
最后是金属再氧化步骤。
在这个步骤中，金属催化剂与氧气发生反应，再次被氧化为活性中间体。
这个步骤是为了再次激活金属催化剂，使其参与下一轮的反应。
金属再氧化步骤是反应的一个关键环节，对于反应的连续性和高效性起到重要作用。
Kumada交叉偶联反应的机理可以归结为金属活化、还原消除、碳-碳键形成和金属再氧化四个步骤。
这个反应通过金属催化剂的参与，实现了碳-碳键的构建，具有高效、高选择性和宽广的适用范围。
Kumada交叉偶联反应在有机合成中发挥着重要的作用，为有机化学研究提供了有力的工具。
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分子间Heck反应
常规分子间Heck反应
端基烯烃与卤代芳香烃发生分子间Heck反应，是研究最早的一类反 应。这类反应已经成为芳烃烷基化的重要反应。
该类反应在卤代物中，卤素的β位的碳原子上不能有SP3杂化的氢 原子。主要是因为这类卤代物形成烷基钯络合物时，氢化钯的消除反 应速度大于烯烃的加成反应，因此仅有消除产物。卤代芳烃、卤代杂 环、卤化苄、卤代乙烯等都能较好的反应。但其他一些卤素的β位的 碳原子上没有SP3杂化的氢原子存在的化合物由于种种原因也不能正 常反应，例如：卤代甲烷、卤代乙酸乙酯、苯甲酰甲基溴等。该类反 应常用碘代物和溴代物为反应底物，碘代物相对溴代物反应活性要高。 氯代物反应活性很差（几乎不反应或者收率很低）。
分子间Heck反应
决定烯烃活性的主要因素是烯烃双键碳原子取代基的大小和数目。一 般情况下，取代基越大，数目越多，反应速度越小，收率越低。
在大多数情况下，Pd-H的消除符合Curtin-Hammett动力学控制规则， 即过渡态的能量反应了顺反异构体的比例。一般情况下，除非R特别小 （如 –CN）,反式异构体是主要产物，（见下例）。其选择性甚至超 过Wittig-Horner反应。但由于存在异构化，热力学控制时常常产生二 者的混合物，从而导致例外的情况出现。
3）β-H的消除；
4）催化剂的再生：加碱催 化使重新得到Pd0L2。
Heck Reaction
Heck反应可以分为两大类：分子内反应和分子间反应
第一篇分子间该反应的报道是Heck 在1972年发表
Mori 和 Ban于1977年首次报道了分子内的Heck反应：
分子内Heck反应
生成烯基取代的反应
Herbert Charles Brown(1912－2004), America 2005 Olefin metathesis，Yves Chauvin (1930－)，France; Robert H.
Grubbs(1942-), Richard Royce Schrock(1945－), America 2010 Heck Reaction, Negishi Reaction, Suzuki Reaction, Richard F.
同一年，Overman及其工作组首先利用Heck 反应合成了手性季碳原 子
分子内Heck反应
像天然产物physostigmine的合成，成功的运用和Heck反应构成手性的 季碳中心。
分子内Heck反应
多烯大环的合成
Zeigler 利用Heck反应成功合成十六元环的大环多烯化合物
也有多烯经过多次分子内Heck反应，一步构建多个碳碳键和多元环。 Overman 就成功应用Heck反应一步构建了二个环和二个季碳中心。
Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki
贡献：
瑞典皇家科学院在颁奖词中说，借助工具手册上的赫克反应、根岸反 应和铃木反应，化学家们合成出海绵，根岸反应则是这个合成中的中 心步骤。其他的科学家优化了这个过程，获得足够量的海绵，开始了 对人类癌症治疗的临床试验。
赫克反应是创建碳原子间单键链接的最重要方法之一，被用于止痛药 萘普生（naproxen）、哮喘药孟鲁司特等的大规模生产。
该类反应主要用于生成环外双键。环外双键是合成上一大难题，该 反应成功的应用具有重大意义。目前已有合成的报道。
该反应还被Danishefsky应用到全合成Taxol上。
分子内Heck反应
形成季碳中心的反应
从20世纪80年代早期研究以来Heck反应到了广泛的应用。1989年， Shibasaki 和 Overman 首先报道不对称Heck反应。
分子间Heck反应
不对称分子间Heck反应
1992年，Tamio Hayashi等报道了手性钯催化的环状烯烃的不对称 Heck芳基化反应。
2010诺贝尔化学奖
“有机物合成过程中钯催化交叉偶联”
历史上碳基的研究获得的6次诺贝尔奖：
1912 Grignard Reaction，Victor Grignard(1871－1935), France 1950 Diels-Alder Reaction, Otto Paul Hermann Diels (1876－1954),
Heck Reaction Mechanism
研究表明，Heck反应的机 理有一定的规律，通常认 为反应共分四步：
1）氧化加成（Oxidative addition）: RX (R为烯基 或芳基，X=I > TfO > Br >> Cl)与Pd0L2的加成，形 成PdⅡ配合物中间体；
2）配位插入 Cordinationinsertion）:烯键插入Pd-R 键的过程；
试管中利用钯催化交叉偶联反应创建水螅毒素（palytoxin），这种自 然界生产的毒素于1972年首次从夏威夷的珊瑚中分离出来，它是化学 中的“恐龙”：有129个碳原子、223个氢原子、3个氮原子和54个氧 原子。1994年，借助于铃木反应，科学家们成功合成了这个巨型分子。
铃木章反应被广泛用于商业（成千吨）农作物杀菌剂的生产。
Kurt Alder(1902－1958), Germany 1963 Ziegler-Natta catalyst, Karl Waldemar Ziegler ( 1898 – 1973),
Germany, Giulio Natta (1903 - 1979), Italy 1979 Wittig Reaction, Georg Wittig(1897－1987) Germany,
有机合成中的钯催化交叉偶联反应的研究，在多个基础科学 研究领域和工业应用技术中得到了广泛应用，深刻地影响着 科学大发展和人们现今的生活。
Heck Reaction
通常把在碱性条件下钯催化的芳基或乙烯基卤代物和活性烯烃之间的 偶联反应称为Heck反应。自从20世纪60年代末Heck和Morizoki独立发 现该反应以来,通过对催化剂和反应条件的不断改进使其的应用范围 越来越广泛,使该反应已经成为构成C-C键的重要反应之一。另外， Heck反应具有很好的Trans选择性。