Heck反应及金属催化偶联反应
偶联反应在有机合成中的应用研究
偶联反应在有机合成中的应用研究引言：有机合成是研究有机分子之间的化学反应，以构建新的有机化合物，这在药物合成和材料科学领域具有重要的应用价值。
偶联反应是一类常用的有机合成方法，通过连接两个或多个有机分子，形成新的键，构建目标分子的分子骨架。
本文将讨论几种重要的偶联反应及其在有机合成中的应用研究。
一、金属催化的偶联反应金属催化的偶联反应是现代有机合成中最具代表性和广泛应用的方法之一。
其中最著名的是钯催化的偶联反应，如Suzuki偶联、Heck偶联和Negishi偶联等。
这些反应通过利用钯催化剂促使芳环和烯烃之间的偶联反应，具有高效、高选择性和底物广泛适应性的优点。
这些反应在药物合成和材料科学中得到了广泛的应用。
例如，Suzuki偶联反应被用于合成药物、农药和功能材料，而Heck偶联反应则被广泛应用于合成天然产物和聚合物材料。
二、碳-碳键形成反应碳-碳键形成反应是有机合成中另一类重要的偶联反应，其原理是通过碳原子之间的偶联反应来构建目标分子的骨架。
这些反应通常通过碱金属或过渡金属催化剂来实现。
最常用的碳-碳键形成反应是格氏反应和克鲁普斯基反应。
格氏反应通过将硝酚和醛缩合得到苯酚类化合物，而克鲁普斯基反应则通过将已有的碳酸盐与酸酐醇缩合得到β-酮酸盐。
这些反应广泛应用于药物合成和天然产物的合成。
三、氧化还原偶联反应氧化还原偶联反应是一类利用氧化还原反应构建碳-碳键的方法。
这些反应通常通过金属催化剂或有机小分子催化剂来实现。
最常用的氧化还原偶联反应是巴甫洛夫反应和维特igler反应。
巴甫洛夫反应通过将两个醛或酮经过氢转移催化之后结合形成α-羰基酮，而维特igler反应则是通过将亚砜和羧酸酐反应生成α-烯酮。
这些反应在合成脂肪酸、天然产物和有机化学品中具有重要的应用价值。
结论：在有机合成中，偶联反应为构建新的有机化合物提供了强大的工具。
金属催化的偶联反应、碳-碳键形成反应和氧化还原偶联反应是其中最重要和最常用的方法。
金属催化反应在有机合成中的应用
金属催化反应在有机合成中的应用随着有机化学的发展，金属催化反应成为了有机合成中不可或缺的一部分。
金属催化反应可以提供高效、高选择性、经济的合成方法，已成为有机合成中不可或缺的一部分。
在本文中，我们将会探讨金属催化反应在有机合成中的应用。
一、Pd催化反应1. Suzuki偶联反应Suzuki偶联反应是一种重要的碳-碳键形成反应。
它利用了Pd 的具有活性的交叉耦合机制，通过芳芯片内的针对芳芯片和芳基和芳芯片和芳酯化合物反应来形成碳-碳键。
Suzuki偶联反应已被广泛地应用于糖化学、生命有机化学和天然产物合成领域等。
使用催化剂和底物的种类以及反应条件、配体等条件的优化是Suzuki偶联反应成功的关键。
2. Heck反应Heck反应是一种发现于1972年的碳-碳键形成反应。
它利用Pd为催化剂，在氧气存在下将芳基溴化物和烯烃偶联。
Heck反应可以合成许多化合物，包括药物、担体、香料等。
3. 点击化学点击化学是21世纪最激动人心的新领域之一。
它是由Sharpless教授等人发明的，利用Pd催化百里醇和炔烃的化学反应，构成环状化合物。
这种反应具有高效性、高选择性和优良的底物范围等特点，成为抗癌药物和治疗癌症的前沿技术。
二、Ru催化反应1. 环氧化环氧化是一种在有机合成中应用广泛的方法，也是一种重要的氧化反应。
Ru是一种高效的催化剂，可以实现对基因环戊烷环氧化反应。
2. 吡啶脱氢在化学学科中，吡啶脱氢是一种在有机合成中广泛应用的反应。
这种反应可以通过氧气替代常用的氢气，来具有绿色和环保的特点。
使用Ru催化剂和新型配体可以高效实现吡啶脱氢。
三、其他金属催化反应1. Cu催化偶联反应Cu催化偶联反应是一种具有极大应用潜力的反应，其使用成本低、操作温和。
Cu催化偶联反应可以实现碳-碳键、键和碳-氮键等多种键合成。
2. Fe催化环化Fe催化环化是一种非常受欢迎的反应方式，是一种新型环化方法，具有底物范围广、环化度高、反应数量大等优点。
Heck反应及金属催化偶联反应
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
OTIPS
O
N H
1,2,2,6,6-pentamethylpiperidine, DMA, 100 oC
N
H
1
2
A mixture of Pd2(dba)3·CHCl3 (360 mg, 0.347 mol), (s)-BINAP (504 mg, 0.809 mol), and N,N-dimethylacetamide (DMA, 21 mL) was stirred at room temperature for 65 min. To the resulting orange solution was added a solution of compound 1 (1.82 g, 3.51 mol), 1,2,2,6,6-pentamethylpiperidine (3.2 mL, 18 mmol), and DMA (18 mL), and the reaction was heated at 100 ℃ for 90 min. The result dark solution was poured into half-saturated aqueous NaHCO3 (100 mL) and extracted with ether (3 × 150 mL). The combined organic extracts were washed with brine (100 mL), dried (MgSO4), and concentrated, and the residue was purified by sgc (9:1 → 1:1 hexane-EtOAc) to give oxindole enoxysilane compound 2 (1.29 g, 94%) as a 98:2
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。
有机化学四大偶联反应
有机化学四大偶联反应有机化学中的偶联反应是合成有机分子的重要方法之一，广泛应用于药物合成、材料科学等领域。
以下介绍有机化学的四大偶联反应。
第一种偶联反应是格氏偶联反应（Giemsa），它是20世纪初由法国化学家格氏首次提出的。
这种反应是通过有机金属化合物与芳香化合物进行反应，形成碳-碳键。
通常使用有机锡化合物和芳香卤化物作为底物，在碱性条件下，在加热的情况下进行反应。
这种反应是高度选择性的，并且能够合成具有天然产物活性的有机化合物。
第二种偶联反应是索尼赫德烯偶联反应（Suzuky-Miyaura），该反应是由日本化学家索尼赫德和宫浦在20世纪70年代提出的。
这种反应是通过有机金属化合物与芳香卤化物进行反应，形成碳-碳键。
通常使用有机锌化合物或有机硼化合物和芳香卤化物作为底物，在碱性条件下，在加热的情况下进行反应。
索尼赫德烯偶联反应是高度选择性的合成方法，可以合成具有天然产物活性的有机化合物。
第三种偶联反应是肾上腺素偶联反应（Heck），是由丹麦化学家肯格赫首次提出的。
这种反应是通过有机金属化合物与不饱和化合物（通常是烯烃）进行反应，形成碳-碳键。
通常使用有机铜化合物和不饱和化合物作为底物，在碱性条件下，在加热的情况下进行反应。
肾上腺素偶联反应具有高效、高选择性和底物适用范围广的特点，广泛应用于药物合成和天然产物的全合成。
第四种偶联反应是叠氮偶联反应（Azide-Alkyne），又称为"CuAAC"反应，由美国化学家哈斯利首次提出。
在这种反应中，叠氮化合物与炔烃发生反应，生成1，4-二取代三氮唑化合物。
这种反应是通过铜催化剂的存在实现的，即铜催化的炉二碳合成反应。
这种反应具有高效、高选择性和底物适用范围广的特点，并且它是药物合成中的重要方法。
以上是有机化学的四大偶联反应的介绍。
这些偶联反应不仅拓宽了有机合成的范围，还为合成具有特定结构和功能的有机化合物提供了重要的手段。
研究人员可以根据这些偶联反应的特点选择合适的反应体系，并结合自己的研究目标进行合成路线的设计。
有机合成中的金属催化反应
有机合成中的金属催化反应金属催化反应是有机合成领域中一种重要的合成策略。
通过金属催化反应，可以实现高效、高选择性的化学转化，为有机化学合成提供了广阔的发展空间。
本文将介绍金属催化反应的原理、应用以及一些成功的案例。
一、金属催化反应的原理金属催化反应主要是指在有机化合物的转化过程中，通过金属配合物作为催化剂来促进反应的进行。
金属催化反应的原理可以归结为以下几个关键步骤：1. 活化底物：金属催化剂能够与底物形成键合，从而活化底物，使其更容易进行反应。
这种活化可以发生在底物的氢、氧、氮等原子上，也可以通过有机分子的C-C和C-X键上发生。
2. 氧化还原：金属催化剂在反应过程中可以参与氧化还原反应，促进底物的氧化或还原。
金属催化剂作为氧化剂或还原剂可以转移电子，从而改变底物的电子状态，使其发生化学转化。
3. 配位或成键：金属催化剂与底物之间发生配位或成键反应，形成活性中间体。
这些中间体在反应过程中发挥重要作用，可以进一步催化底物的转化。
二、金属催化反应的应用金属催化反应在有机合成中具有广泛的应用。
能够实现的转化类型包括但不限于碳-碳键、碳-氮键、碳-氧键、碳-硫键以及氢转移反应等。
通过选择合适的金属催化剂以及反应条件，可以高效地合成各种有机化合物。
1. 碳-碳键形成：金属催化反应可以实现碳-碳键的形成，包括交叉偶联反应、烯烃和炔烃的环化反应、直接烷基化等。
这些反应对于药物和天然产物的合成具有重要意义。
2. 碳-氮键形成：金属催化反应在碳-氮键形成反应中也发挥着重要的作用，例如羟胺和羧酸的缩合反应、亲电取代反应以及氨基化反应等。
这些反应可以方便地合成含有氮元素的有机化合物。
3. 碳-氧键形成：金属催化反应可以实现碳-氧键的形成，例如醇和醚的合成、酯和酸的加成反应等。
这些反应对于合成酯、酮等化合物具有重要意义。
4. 碳-硫键形成：金属催化反应还可以实现碳-硫键的形成，包括硫醚的合成以及烯烃和硫醇的环化反应等。
有机合成中的金属催化反应研究进展
有机合成中的金属催化反应研究进展有机合成是一门极其重要的化学学科，它是用于制备基础化合物、添加剂、催化剂、药物等大量有机化合物的学科。
与传统的常规有机合成方法相比，金属催化反应作为一种高效且环保的有机化合物制备方法，近年来得到了广泛应用。
本文将从金属催化反应机理的解析、金属催化剂的研究进展、金属催化反应在有机合成中的应用等方面综合探讨有机合成中的金属催化反应研究进展。
一、金属催化反应机理的解析金属催化反应机理指的是在特定的催化剂作用下，无机物或有机物能够发生化学反应。
金属催化反应机理包括配位结构、配体效果和反应动力学等方面的研究。
1. 配位结构金属催化剂由金属原子和配体构成，其中金属原子是反应中心，配体扮演辅助和稳定反应中心的角色。
不同的配体对反应活性、反应选择性及催化剂稳定性均产生重要影响。
2. 配体效应配体是影响金属催化剂选择性和反应活性的重要因素。
不同配体在反应体系中具有不同的电子性质、空间位阻及反应中心的性质，具有很大的影响。
3. 反应动力学反应动力学研究主要包括催化剂与底物反应，以及反应过程中中间体的性质和作用等方面。
反应动力学研究对于反应条件的优化，催化剂的选择和设计等都具有重要意义。
二、金属催化剂的研究进展金属催化剂是金属有机化学研究中的重要组成部分。
目前，常用的催化剂主要包括钯、铂、铑、铜、钼、铁等金属。
1. 钯催化剂钯催化反应已成为有机合成领域的研究热点。
钯催化合成芳香化合物、脂肪族化合物、螺环化合物等已有了重要进展。
尤其是钯催化的交叉偶联反应、氨基甲酸酯基烷基化反应、催化升格等反应具有广泛的应用前景。
2. 铂催化剂铂催化反应广泛应用于有机合成和生物医药领域。
铂催化的烯烃同分异构化、有机合成中的糖苷化反应、DNA连接反应等已取得了重要进展。
3. 铑催化剂铑是一种高效的催化剂，在不对称催化剂的合成和应用中具有广泛的应用前景。
铑催化的孪晶化、精细化学品和生理活性物质的合成等领域取得了重要进展。
过渡金属催化反应的基础和应用
过渡金属催化反应的基础和应用过渡金属催化反应是现代有机化学领域的一个重要分支。
它以过渡金属作为催化剂，可以有效促进各种有机反应的进行，从而实现高效、高选择性和绿色化学合成。
一、过渡金属催化反应的基础过渡金属催化反应的基础在于过渡金属催化剂具有一定的电子调控和立体效应。
其特点在于过渡金属能够参与反应，并且能够在反应过程中发挥关键作用。
同时，过渡金属催化反应还需要考虑反应中反应物的选择性、可控性和立体匹配性等因素。
1. 过渡金属的电子调控作用在有机反应中，催化剂通常需要通过调控反应物的电子结构，将其转化为更容易与其他反应物作用的中间体。
而过渡金属催化反应的催化剂，则能够通过调控反应物的活化能和键能，实现对反应的选择性控制。
这种电子调控作用与过渡金属的电子排布有关，其中有些过渡金属具有不对称电子密度分布。
例如，palladium配合物具有单个电子分布不均的d8电子结构，这使得palladium成为许多有机反应的优良催化剂。
2. 过渡金属的立体效应在有些反应中，由于反应物之间的取向关系或者过渡态的立体构型等因素，反应的产物结构及其选择性会受到很大影响。
而过渡金属催化剂能够通过调控反应物的旋转和取向，实现反应产物的立体选择性控制。
此外，过渡金属催化剂在反应中会发挥配体效应，即通过改变配体结构来影响活化剂和底物的相互作用。
这种立体调控效应可以通过改变配体电荷、主、辅配体之间的取向关系等因素来实现。
二、过渡金属催化反应的应用过渡金属催化反应在有机合成中广泛应用，可用于构建多种化学键、环化反应、开环反应等。
以下具体介绍一些常见的过渡金属催化反应及其应用。
1. Suzuki反应Suzuki反应是一种通过palladium催化的偶联反应，常用于构造芳基-碳基键。
该反应的底物是芳基卤化物和芳基硼酸酯，产物为具有芳香性的偶联物。
2. Heck反应Heck反应也是一种通过palladium催化的偶联反应，常用于构造芳基-烯基键。
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总的说来，Heck反应可以分为两大类：分子内反应 和分子间反应。第一篇该反应的报道是Heck 在1972年 发表的。
I +
Pd(OAc)2 (20 mol%) nBu3N (1 eq)
NMP, 100°C, 2h
Nolley, J.P.; Heck, R. F.; Tetrahedron 1972, 37, 2320
2.2 形成季碳中心的反应
从20世纪80年代早期研究以来得到了广泛的应用。 1989年，Shibasaki 和Overman 首先报道不对称Heck反 应。
CO2Me I
Pd(OAc)2 (3 mol%) (R)-BINAP (9 mol%) cyclohexene (6 mol%)
Ag2CO3 (2 eq) NMP, 60°C
X
Ha
CO2Et
Hb
Hc
PdLn
Hb
CO2Et
Hc
X PdLn
Ha Hb
a PdLnX HcCO2Et
b
Ha
PdLnX
Hb
HcCO2Et
A
Hb
PdLnX
Ha
HcCO2Et
B
Hb
CO2Et
Hc
E
Ha PdLnX
Hc Ph
Hb CO2Et
CO2Et Haa
Ph CO2Et
Heck 反应
汝杰
南京航空航天大学 仿生结构与材料防护研究所
过渡金属催化的交叉偶联反应
Transition Metal Catalyzed Cross Coupling
Organic Chemist
A
B
A
B
The formation of carbon–carbon bonds is a fundamental reaction in organic synthesis the efficiency of which has interested organic chemists for a long time ago. Aryl–aryl bond formation has been known for more than a century and was one of the first reactions involving a transition metal.1 Modern synthetic chemistry is also sustained by the use of transition-metal catalysts as powerful tools for carbon– carbon bond-forming processes.2 Among these, carbon–carbon coupling reactions through the activation of carbon–hydrogen bonds,3 as well as addition reactions,4 have experienced an increasing interest in the preparation of molecules, the access to which is not so straightforward using other methodologies. On the other hand, the transition-metal catalysed carbon–carbon bond formation developed in the 1970s represented a milestone in synthetic organic chemistry that allowed the cross coupling of substrates in ways that would have previously been thought impossible
Glaser (Hay) Coupling
Suzuki Coupling
[Pd] or [Ni]
+ R1 X 2R
B(OH)2
Base
1R
R2
Sonogashira Reaction
R1 X + R2
H Pd-Complex, CuI
Amine
R2
R1
Amination Reaction
Stille reaction
.Chem.1989,54,5846
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。
MeO
I O
N Me
OTIPS Pd2(dba)3-CHCl3 (10 mol%) (S)-BINAP (23 mol%)
PMP, DMA, 100°C
MeO
OTIPS
O N Me
3 M HCl THF, rt
MeO
CHO O N Me
84% (95% ee)
MeNH3Cl, Et3N LiAlH4, THF, reflux
(88%)
MeO
NMe NH Me (-)-esermethole
1) BBr3, CH2Cl2, rt 2) Na, Et2O, MeNCO
O
OTBS
H OO
O 49%
O
（紫杉醇）
Danishefsky, S. J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 2843
分子内Heck反应化生成环外双键
MeO O
OMe I
OMe
Pd(PPh3)4 , NEt3(12eq)
NO NCO2Me
MeCN, 80℃, 10h
MeO O
1
OMe
OMe
O N
NCO2Me
2
A stirred solution of 1, triethylmine and catalytic tetrakispalladium(0) in 2.4 mL of acetonitrile was heated at 80 ℃ in a sealed tube under an argon atmosphere for 10 h. The reaction mixture turned dark orange after ca10 minand the catalyst plated out on the walls of the tube as a shiny layer of palladium metal upon completion of the reactionThe reaction mixture was cooled to room temperaturethe reaction was quenched with aqueous NaHCO3andthe mixture was extracted with EtOAc The organic extracts were washed with aqueous NaHSO3 water and brine and dried over MgSO4 Filtrationconcentrationand purification of the orange residue by flash column chromatography gave 66mg of19 as acolorless solidmp 193-194 ℃Rf = 0.29
MeCN, 80°C, 10h
OMe
OMe
MeO O
O N
NCO2Me
90%
Danishefsky, S. J. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6094
该反应还被Danishefsky应用到全合成Taxol上。
OTf
OTBS
O OH O
Pd(PPh3)4 (1.1 eq) K2CO3, MeCN, 85°C
(31%)
MeNHCO2
NMe NH Me
(-)-physostigmine
Matsuura, T.; Overman, L.E. J.Am.Chem.Soc. 1998, 120, 6500
2.2.1 分子内不对称Heck反应
MeO
I
OTIPS
O
10 % Pd2(dba)3, 23 % (s)-BINAP, CHCl3 MeO
Mori 和 Ban于1977年首次报道了分子内的Heck反应：
CO2Me Br
N Ac
Pd(OAc)2 (2 mol%) PPh3, DMF
TMEDA (2 equaiv) 125°C, 5h
CO2Me
N Ac 43%
Indole product formed as result of Pd-H isomerization of product clefin
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
Mori, M.; Ban, K.; Tetrahedron 1977, 12, 1037
2. 分子内的Heck反应
2.1 生成烯基取代的反应
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。
MeO O
OMe I
OMe
O N
NCO2Me
Pd(PPh3)4 (cat) NEt3 (12 eq)