铃木反应
鈴木反应(日语:,英語:),也称作鈴木偶联反应(日语:、英語:)、鈴木-宮浦反应(日语:,英語:),是一个有机偶联反应,是在钯配合物催化下,芳基或烯基的硼酸或硼酸酯与氯、溴、碘代芳烃或烯烃发生交叉偶联。[1][2]
该反应由鈴木章(日语:/ Suzuki Akira)在1979年首先报道,在有机合成中的用途很广,具有很强的底物适应性及官能团耐受性,常用于合成多烯烃、苯乙烯和联苯的衍生物,从而应用于众多天然产物、有机材料的合成中[3][4][5]。鈴木章也憑藉此貢獻與理查德·赫克、根岸英一共同獲得2010年诺贝尔化学奖[6]。
2018年,鈴木反应被成功地转移到异相体系中进行。[7]
概述
鈴木反应对官能团的耐受性非常好,反应物可以带着-CHO、-COCH3、-COOC2H5、-OCH3、-CN、-NO2、-F等官能团进行反应而不受影响。反应有选择性,不同卤素、以及不同位置的相同卤素进行反应的活性可能有差别,三氟甲磺酸酯、重氮盐、碘鎓盐或芳基锍盐和芳基硼酸也可以进行反应,活性顺序如下:
另一个广泛应用的底物是芳基硼酸,由芳基锂或格氏试剂与烷基硼酸酯反应制备(见宮浦硼酸化反应,宮浦反应)。这些化合物对空气和水蒸气比较稳定,容易储存。鈴木反应靠一个四配位的钯催化剂催化,广泛使用的催化剂为Pd(PPh3)4(0)与PdCl2(dppf),其他的配体还有:AsPh3、n-Bu3P、(MeO)3P,以及双齿配体Ph2P(CH2)2PPh2(dppe)、Ph2P(CH2)3PPh2(dppp)等。 (以上的所有Pd配体都是厌氧的,因此反应必须在氮气,氩气等惰性气体下反应)。[8]
鈴木反应中的碱也有很多选择,最常用的是碳酸钠,碳酸铯,醋酸钾,磷酸钾等。 碱金属碳酸盐中,活性顺序为:
而且,加入氟离子(F−)会与芳基硼酸形成氟硼酸盐负离子,可以促进硼酸盐中间体与钯中心的反应。 因此,氟化四丁基铵、氟化铯、氟化钾等化合物都会使反应速率加快,甚至可以代替反应中使用的碱。
机理
反应机理见下图。首先卤代烃2与零价钯进行氧化加成,与碱作用生成强亲电性的有机钯中间体4。[9] 同时芳基硼酸与碱作用生成酸根型配合物四价硼酸盐中间体6,具亲核性,与4作用生成8。最后8经还原消除,得到目标产物9以及催化剂1。
氧化加成一步,用乙烯基卤反应时生成构型保持的产物,但用烯丙基和苄基卤反应则生成构型翻转的产物。[10] 这一步首先生成的是顺式的钯配合物,而后立即转变为反式的异构体。[11]
还原消除得到的是构型保持的产物[12]。
讨论
对于一些SP3杂化的烷基硼或者硼酸化合物,同样可以发生反应称为硼-烷基铃木-宫浦交叉耦联反应。 与鈴木偶联相比它有若干缺点:1.反应进程慢;2.自身耦联副产物较多;3.和磷配体耦联的副产物多;4.可能会造成手性消旋或者羟醛缩和反应。[13][14][15][16][17]
参考文献
- Miyaura, N. et al. Tetrahedron Lett. 1979, 3437.
- Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Commun. 1979, 866.
- 反应综述参见:Suzuki, A. Pure Appl. Chem. 1991, 63, 419-422. (Review)
- Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 1995, 95, 2457-2483. doi:10.1021/cr00039a007
- Suzuki, A. J. Organometallic Chem. 1999, 576, 147–168.
- . Nobelprize.org. 2010-10-06 [2011-02-23]. (原始内容存档于2011-05-12).
- Chen, Z. et al. Nature Nanotechnology 2018, 63, 3437–3440. doi:10.1038/s41565-018-0167-2
- 邢其毅等。《基础有机化学》第三版下册.北京:高等教育出版社,2005年.ISBN 978-7-04-017755-8.
- Matos, K.; Soderquist, J. A. J. Org. Chem. 1998, 63, 461–470. doi:10.1021/jo971681s
- Stille, J. K.; Lau, K. S. Y. Acc. Chem. Res. 1977, 10, 434–442. doi:10.1021/ar50120a002
- Casado, A. L.; Espinet, P. Organometallics 1998, 17, 954–959.
- Ridgway, B. H.; Woerpel, K. A. J. Org. Chem. 1998, 63, 458–460. doi:10.1021/jo970803d
- Littke, A. F., Fu, G. C. A convenient and general method for Pd-catalyzed Suzuki cross-couplings of aryl chlorides and arylboronic acids. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1999, 37, 3387-3388.
- Wolfe, J. P., Singer, R. A., Yang, B. H., Buchwald, S. L. Highly Active Palladium Catalysts for Suzuki Coupling Reactions. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9550-9561.
- Netherton, M. R., Dai, C., Neuschuetz, K., Fu, G. C. Room-Temperature Alkyl-Alkyl Suzuki Cross-Coupling of Alkyl Bromides that Possess β Hydrogens. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10099-10100.
- Kirchhoff, J. H., Dai, C., Fu, G. C. A method for palladium-catalyzed cross-couplings of simple alkyl chlorides: Suzuki reactions catalyzed by [Pd2(dba)3]/PCy3. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2002, 41, 1945-1947.
- Molander, G. A., Bernardi, C. R. Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reactions of Potassium Alkenyltrifluoroborates. J. Org. Chem. 2002, 67, 8424-8429.
- Recent applications of the Suzuki–Miyaura cross-coupling reaction in organic synthesis Sambasivarao Kotha, Kakali Lahiri and Dhurke Kashinath Tetrahedron 2002, 48, 9633-9695 doi:10.1016/S0040-4020(02)01188-2
- Catalysts for Suzuki-Miyaura Coupling Processes: Scope and Studies of the Effect of Ligand Structure Timothy E. Barder, Shawn D. Walker, Joseph R. Martinelli, and Stephen L. Buchwald J. AM. CHEM. SOC. 2005, 127, 4685-4696 doi:10.1021/ja042491j
外部链接
- 鈴木偶联反应 页面存档备份,存于—organic-chemistry.org
- 鈴木反应新进展
- 铃木-宫浦偶联反应 Suzuki-Miyaura Cross Coupling 页面存档备份,存于