钯催化的偶联反应是合成中最常用的偶联方法,卤代芳烃或烯烃与乙烯基化合物在过度金属(通常是钯)的催化下形成碳碳键的偶联反应称为Heck反应
反应对不发生烯烃位置异构的底物非常有效。如果反应底物里含丙烯醇,反应的过程中会出现烯烃的异构化生成羰基化合物。
烯烃的一端有烷氧基羰基或芳基等吸电子基团时、反应会从另一端的碳(=CH2)进行。如果烯烃的一端是烷氧基醚等供电子基团时,控制反应的位置选择性会非常难。
钯催化偶联历史文章
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反应机理
首先卤代物进行氧化加成,然后对底物进行配位迁移,碳碳键旋转,二价钯和β氢进行顺位消除,还原消除催化剂循环。
Heck 反应的类型
•分子内的反应
1.生成烯基取代的反应:这类反应主要用于生成环外双键。环外双键是合成上的一大难题,如果该反应得以成功的应用将有重大的意义。
2.形成季碳中心的反应:该反应是Heck 反应应用的核心,从20世纪80年代早期研究以来得到了广泛的应用,在甾体化合物、螺环化合物等的合成上取得了重大成功:Pure&Appl. Chem., 1994, 66(7): 1423~1430.
3.多烯环化反应与不对称合成反应
•分子间的反应
与分子内Heck反应在反应类型上有很大的区别。对于生成季碳中心的反应在分子间的Heck反应中很少见,就算是构建叔碳中心也比较难。多烯环化的情况也不存在。但也有相似的地方,如生成端外双键和手性诱导的不对称合成反应。同时分子间的Heck反应也存在一些新的反应类型,比如烯基的苄基化、羰基化反应
Heck反应选择性的经验性规律
•区域选择性:一般取决于催化的碱,当为无机碱时,一般生成末端烯和内部烯的混合物,比例与每个位置的H原子数之比相当,这被解释为传统的顺式消除的结果;当为有机碱时,则几乎全部生成内部烯,这可能由于强碱能够改变碱催化消除的途径,从而得到更稳定的内部烯。但也有例外,比如用Bu3N时,不但末端烯与内部烯烃的比例与预想的不同,而且顺反式的比例也不同,因此猜测末端烯和内部烯之间在一定条件下可以相互转化。
•顺反选择性:在大多数情况下,Pd-H的消除符合Curtin-Hammett动力学控制规则,即过渡态的能量反映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,其选择性甚至超过Wittig-Horner反应,这是Heck反应的一个优点。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,有文献提出了可能的其它消除机理
(后期有小伙伴想了解会发一篇关于Heck反应在不同书上表现的机理的顺反异构的差异问题的文章)
•光学选择性:在Heck反应的不对称合成中,手性诱导主要通过配体与底物的立体作用来实现。螯合的膦配体维持二齿配位的能力是Heck反应光学选择性控制的重要依据。这与反应所采取的途径是对应的。在阳离子途径中,手性的二齿配体依然与钯完全螯合,因而发挥最大限度的不对称诱导作用;在中性途径中则只有部分螯合,诱导作用减弱,从而以阳离子途径发生反应时一般具有较高的光学选择性,以中性途径发生时则比较低。
Heck反应的特点
•构建拥挤的季碳中心是最突出的优点:由于很大的扭转张力及空间阻力,其它形成C== C 的偶联反应很难形成拥挤的季碳中心,尤其是环内的季碳中心,一般很难发生分子内的偶联反应。Heck 反应正好可以克服这些不利因素,其分子内的Heck 反应在合成多环化合物、螺环化合物、多烯等化合物上有成功的应用。
•具有较高的选择性
•温和的反应条件和较低的成本,比较适合大规模的制备。
•具有良好的反应官能团耐受性。
•反应的机理很复杂,这给反应条件的优化及实验的控制带来很大的不确定性,比如配体的改变,甚至温度都有可能改变整个反应
反应案例
Amixture of 3-bromoquinoline (2.08 g, 10.0 mmol), methyl acrylate(1.08 g, 12.5 mmol), palladium acetate (23.6 mg, 0.1 mmol), tri(o-tolyl)phosphine(0.122 g, 0.4 mmol) and triethylamine(3.62 g, 35.8 mmol) was heated under argon in a tube at 100.deg. C. for 6 h.The cooled reaction mixture was diluted with DCM (60 ML) and distilled water(30 ML).The organic layer was washed with distilled water (3*25 ML).The aqueouslayer was extracted with DCM (25 ML).The combined organic layers were driedover sodium sulfate and concentrated under reduced pressure to give a paleyellow solid. Purification by recrystallization withEtOAc and hexanes gave an off-white crystalline solid (1.82 g; 85percent) .
实验步骤
烯基溴和丙烯酸甲酯的Heck反応
反应特点:
1、卤代物活性:I > Br ~ OTf >> Cl;
2、烷基卤代物不能含有β氢;
3、反应速度受烯烃取代情况影响,取代基越多,反应越慢;
4、反应对水不敏感,但对氧气敏感;
5、产物主要是反式;
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