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文献综述

文献综述

2011届

Pd／C在Sonogashira反应中的应用

学生姓名陈海佳

学号07111102

院系化学化工学院

专业化学

指导教师曾敏峰

填写日期2010-3-20

Pd／C在Sonogashira反应中的应用

摘要

介绍了异相催化剂Pd／C应用于Sonogashira反应的研究现状。

Pd／C作为催化剂在Sonogashira反应中表现出超常的催化活性，能催化许多均相催化剂不能催化的反应，并通过改变反应的条件可实现无铜、无配体、水介质、有氧条件下的Sonogashira反应，扩大了反应底物范围，使反应能在环境友好的条件下进行，进而实现其工业生产成为可能。

关键词：

Pd／C；Sonogashira反应；异相催化；环境友好

0前言

Sonogashira反应[1-3]是一类由金属钯催化的末端炔烃与sp2型碳的交联耦合反应（式1），是目前合成C—C键的主要方法之一[4-5]。

该反应提供了一种有效的合成芳基炔烃衍生物的反应路线，被广泛应用于天然产物[6-7]、生物活性分子[8]、非线性光学材料和分子电极[9-11]以及聚合材料[12-13]的合成中。

（1）

传统的Sonogashira反应都是利用均相钯盐作催化剂，在一定量的CuI和存在适当量胺碱的极性溶剂介质中进行的。

然而，使用这种均相催化剂存在许多缺点，如成本非常昂贵、反应条件苛刻、贵金属难回收、产物难提纯、后处理困难等。

要解决上述这些问题，利用异相的钯催化剂是个不错的选择。

目前已经有许多研究将钯负载在固体载体上[14]，如活性炭、沸石和分子筛、金属氧化物（主要是硅土和矾土等）、黏土、碱土、多孔玻璃、有机高聚物等应用于Sonogashira反应。

其中，活性炭因其超大的比表面积（800～1200m）、低廉的成本，且能采用燃烧的办法方便地回收金属等优点被用作常用载体。

但在1990年以前Pd／C绝大多数限于用加氢反应中[15-17]。

随着实验的不断深入，人们发现Pd／C不仅可以催化反应[18-19]，还在许多反应中表现出了超常的催化活性。

近年来，Pd／C作为催化剂应用于Sonogashira反廊中的研究发展迅速[14,18]，并取得了较理想的结果。

1常规Pd／C催化体系

最早将Pd／C催化剂应用于Sonogashira偶联反应的是Guzman等[19]。

l990年，他们利用Pd／C代替均相催化剂Pd（PPh3）4，在配体PPh3和助催化剂CuI的存在下，以三乙胺和乙腈为反应介质催化了芳基溴代物与苯乙炔的Sonogashira反应（式2）。

在其占条件都不改变的情况下，用Pd／C作为催化剂的产率明高于使用均相催化剂达到82％，而Pd（PPh3）4催化的产率只有ll％。

首次将Pd／C应用Sonogashira反应中就表现出了超常的催化活性。

从此，Pd／C-PPh-CuI作为一种高效的Sonogashira反应催化剂被确定下来，Pd／C催化Sonogashira反应的研究也拉开了序幕。

（2）

Pd／C的高催化活性同样也表现在杂环化合物的Sonogashira反应中[20]。

在这类反应中如使用均相的钯催化剂，如Pd（PPh3）2C12、Pd（PPh）4和Pd（OAc）2等，得到目标产物的产率通常不高，或根本得不到目标产物，而使用异相的Pd／C催化剂却能很好地得到目标产物，如4-炔基-6甲基-2-吡哺酮的合成中（式3），Pd／C作为一种非常高效的Sonogashira催化剂，在PPh存在的条件下，可催化多种炔烃与4-溴-6-甲基-2-吡哺酮反应，可高产率地得到目标产物，产率高达到80％～90％[21-22]。

（3）

然而，Pd／C-PPh3-CuI催化体系虽然比常规的均相Sonogashira反虑易于提纯和催化剂能回收利用外，仍和常规反应一样有着许多弊端。

比如：

需要使用助催化剂亚铜盐，加大副反应的程度；仍要使用配体，反应成本较高；反应要在无水无氧的环境中进行，反应不易控制等。

为了改善反应的条件，优化反应的环境，使Pd／C催化的Sonogashira反应能更好地应用于工业生产的合成中，研究者进行了许多的研究工作，通过改变反应的条件，使该反应能在环境友好条件下实现。

2环境友好条件下Pd／C催化体系的Sonogashira反应

2．1无配体或无铜Pd／C催化体系

Sonogashka反应通常要添加配体与钯金属催化剂配位，形成的过渡金属配位化合物成为反应的催化活性中心，对反应进行催化。

反应中大多都是用有机膦化合物作为配体添加到反应体系中，由于有机膦化物比较昂贵、在空气下不稳定，反应结束后又不易回收，若进行大剂量反应或是进行工业化生产时成本较高且反应不易控制，所以发展无配体的Pd／C催化的Sonogashira反应具有很好的经济意义。

Heck在1975年报道了由Pd单一催化剂催化的炔烃偶联反应[23]．这一反应被Heck等认为是Heck烯烃偶联反应向炔烃的简单推广．由于最初的产率不够理想，因此Heck的结果没有得到足够的重视．然而，近年来人们发现在很多的Sonogashira反应中仅使用Pd作为催化剂是足够的，这不仅使反应的工序得到了简化，而且反应后处理的工作量也得以减轻．并且，使用单一的催化剂还使得人们能够更好地把握反应的过程．

无铜（copper-free）Sonogashira反应一般由一些较为简单的Pd化合物来催化完成，反应中通常还需加入某些活化剂，例如卤化锌、氧化银、碳酸银、以及各类季铵盐类等．在某些催化剂的反应体系中，没有活化剂的介入也同样可以顺利得到产品．

Kohler[24]在无配体和无铜的条件下，使用较强极性溶剂和有机胺碱为反应介质，用Pd／C催化了活性较高的碘苯和苯乙炔的Sonogashira反应（式4）。

在很短的反应时间内，产物的产率可高达80％，催化剂的转率相当高（使用摩尔分数为0．125％的Pd在30min后转化率可达74％）。

研究测试了CuI对反应的影响：

DHA．CuI不会增加催化活性和选择性，大量的CuI甚至会降低催化活性和选择性。

（4）

2．2水介质下Pd／C催化体系

由于在水相中完成的Sonogashira反应具有更高的经济性与安全性，并且在工业应用中也具有更多益处，例如反应条件温和（通常在室温下即可反应）、产品易于分离、具有较高的反应活性以及催化剂可以循环使用等，这就促使人们在该方向做出积极的尝试．现已发现以水为溶剂对于Pd催化的偶联反应往往有着正面的影响．因此，一些水，有机溶剂的混合体系较多的应用在了这一反应中．到目前为止，一些水溶性催化剂的合成与使用已经实现了完全意义上Sonogashira水相反应．

1982年，Rossi等[25]对在水相中完成Sonogashira反应就进行了探索．他们选择10％NaOH水溶液，苯的混合体系，在相转移催化剂苯基三乙基氯化铵的参与下，该反应对一些特定的底物具有良好的反应性能．这一发现促使了随后的几年中，更多的有机溶剂与水的混合液被用作Sonogashira反应介质．

早在1995年，Bleicher和Cosford就利用Pd／C—CuI—PPh催化体系在水存在的条件下催化带官能团的芳基和杂芳基碘代物或溴代物与炔烃的Sonogashira反应。

实验发现使用l，2一二甲氧基乙烷（DME）和水溶性的K2CO3混合物为碱对反应是有利的。

即使芳环上带有如硝基、氰基、氨基或是醛基等敏感官能团或是在炔分子上接有官能团，都不需进行官能团的保护，因为它们在反应的过程中基本不会受到影响。

在这样的一个反应体系中，既不需要使用相转换催化剂也不需使用水溶性的膦配体。

这是最早的在水相中进行使用Pd／C催化的Sonogashira反应的报道，其后2年中，他们又将这样的反应条件应用于SIB一1508Y的合成中[26-27]。

后来许多的有机溶剂／水介质中实现的用Pd／C为催化剂的Sonogashira反应都借鉴了他们的实验结果。

1999年和2002年Menicagli等[28-29]也希望在水介质中实现复杂的1,3，5一三嗪衍生物的合成（式5）。

实验曾试图在反应中使用无机碱K2CO3／H20体系，但反应的结果并不是很令人满意，有大量的副产物产生。

最终放弃使用水为反应的介质，而保留无机碱K2CO3，使用K2CO3／18一crown一6体系时可以得到较满意的产率。

（5）

2005年Batchu等利用水为溶剂，用廉价低毒的2一氨基乙醇为碱，在温和的反应条件下实现了芳基碘代物或富电子的芳基溴代物与炔的反应，存不太长的反应时间内可以得到较满意的产率（式6）。

（6）

2．3微波反应

微波反应是绿色化学的重要分支之一．其特别的加热方式可以大大缩短反应时间，这也是该反应较其它反应条件最为显著的优势．这一条件下进行的反应往往需要加入一些载体，它们一般很少或者不吸收微波能量，常用的如Al2O3．

Kabalka等[30]在2000年尝试了在微波下（缩写为Mw）以Al2O3为载体完成无溶剂Sonogashira反应．他们选用pd0金属作为催化剂，KF作为碱，以较高产率得到

了碘代芳香烃与炔烃的偶联产物（Eq．7，8）．但是在这一条件下，溴代和氯代芳香烃却不能与相应的炔烃反应．此外当以K2CO3，K3PO4以及NaF作为碱时其产率也会有大幅度的下降．不过值得一提的是，这一反应条件却克服了溶剂反应中催化剂无法回收再利用的缺点．作者回收反应中的催化剂，循环使用了七次，发现产率只是稍有降低．

（7）

（8）

2．4离子液体中的反应

离子液体是一种新兴的有机溶剂，实质上它是具有低熔点，通常在室温或更低温度下呈液态的离子型化合物．由于它没有蒸气压，只溶于特定的有机溶剂而对许多有机金属催化剂却有着良好的溶解性能，所以从20世纪90年代起，离子液体开始被应用到了过渡金属催化的反应中去.

此外，离子液体中反应的另一个显著优势就是催化剂可以循环使用．一般过渡金属催化剂多数都可溶于离子液体中，产物只需选取恰当的溶剂进行萃取即可得到分离.

3不活泼氯代和溴代芳烃参与的反应

在大多数的Sonogashira反应的研究中，都是使用活泼的芳基碘化物和炔烃进行偶联反应。

但从实用目的来说，用活性较低的溴代或氯代芳烃作为反应物将是反应研究的一个趋势，因为溴代或氯代芳烃的成本较低，而且较碘代物更易得到。

2003年，Kotschy及其合作者[31]曾报道过利用摩尔分数5％Pd／C+10％Cul+l0％PPh的催化体系可以实现芳基溴和2种活泼的芳基氯与末端炔烃Sonogashira偶联反应（式13）。

Mehul等[32]利用Kl为碘源，实现了溴代芳烃和氯代芳烃的Sonogashira反应（式9）。

除了苯环上有给电子基团（甲基、氢等）的氯代芳烃没有得到预期的产物外，其余的都合成了目标产物。

Pd／C催化剂在催化合成4-、5-炔基嘧啶时表现出对卤素官能团的化学选择性。

Pal等[33]在对具有生物活性的嘧啶衍生物进行Sonogashira反应实验时发现，当5-溴-4-氯嘧啶在Pd／C-Cu催化剂体系下和炔烃进行Sonogashira反应时（式9），炔烃可以在不影响溴官能团的基础上取代嘧啶环上的氯官能团，在进一步的炔基化反应中，溴也将被炔基所取代。

在同样的条件下，4-氯-5-碘嘧啶的Sonogashira反应的产物是5-炔基-4一氯嘧啶，也即是先在碘官能团的位置处发生Sonogashira反应。

（9）

4结术语

和均相的钯催化剂相比，异相催化剂具有低成本、稳定、使用方便、易分离等优点。

将金属钯负载在固体材料上形成异相催化剂应用于Sonogashira反应的研究近几年来已经有了大量的报道，但大多数的固体负载物的钯催化剂的制备成本都比较高，要想实现商品化还存在一定的障碍。

而低成本活性炭作载体的的Pd／C催化剂在Sonogashira反应中表现出超常的催化活性，它的使用改善了Sonogashira反应的条件，减少了反应的步骤和后处理的难度，降低了成本，使Sonogashira反应应用于工业生产中成为可能。

毫无疑问，Pd／C用于Sonogashira反应具有很好的经济前景，使之能在有机合成、药物合成领域中起到重要作用。

然而用Pd／C催化Sonogashira反应也只是近十几年才开始的，目前该反应仍存在许多需要改进的地方，如反应需在无氧无水的条件下进行、使用有机胺为碱使反应的后处理变得复杂、溶剂对环境造成污染等。

要将Sonogashira反应广泛应用于工业化生产仍有一段距离，有待人们去继续深入探索。

希望能通过改变负载条件制备回收再用性能优越的高效Pd／C催化体系，通过选择不同的溶剂和碱发展环境友好反应条件，进一步拓展反应底物范围，使低廉的芳基氯代物能顺利地进行Sonogashira反应，从而为其工业化的实现提供理论和实践基础。

参考文献

[1]CassarL．Synthesisofaryl-andvinyl—substitutedacetylenederivatives

bytheuseofnickelandpalladiumcomplexes[J]．Organomet．

Chem，l975，93：

253—257．

[2]DieckHA，HeckFR．Palladiumcatalyzedsynthesisofaryl，

heterocyclicandvinylicacetylenederivatives[J]．Organomet．

Chem．，l975，93：

259—263．

[3]SonogashiraK．ComprehensiveOrganicSynthesis[M]．Oxford：

PergamonPress，1991．

[4]SonogashiraK．HandbookofOrganopalladiumChemistryforOrganic

Synthesis[M]．NewYork：

Wiley—VCH，2002．

[5]SonogashiraK．DevelopmentofPd-Cucatalyzedcross—couplingof

terminalacetyleneswithspcarbonhalides[J]．Organomet．Chem．，

2002，653：

46．49．

[6]NicolaouKC，DaiWM．Chemistryandbiologyofenediyne

ant／cancerantibiotics[J]．Angew．Chem．，lnt．Ed．EngL，1991，30：

l387一l416．

[7]loshimuraF，KawataS，HiramaM．Syntheticstudyofkedarcidin

chromophore：

atropselectiveconstructionoftheansamacrolide[J]．

TetrahedronLett．，l999，40：

828l一8285．

[8]KortM，CorreaV，ValentijinARPM，eta1．Synthesisofpotent

agonistsoftheD-myo-inositol1,4，5-trisphosphatereceptorbasedon

clustereddisaccharidepolyphosphateanaloguesofadenophostin[J]．

Med．Chem．，2000，43（17）：

3295-3303．

[9]SonodaM，InabaA，ltahashiK，eta1．Synthesisofdiferentially

substitutedhexaethynylbenzenesbasedontandemsonogashiraand

neshicross-couplingreactions[J]．Org．Lett．，2001，3（15）：

24l9-2421．

[10]WongKT，HsuCC．Controlofthearrangementofdipolar

orientationofpyrimidineinsidetheconjugatedbackbone[J]．Org．

Lett．，2001，3

（2）：

173—175．

[11]MonginO，PonesL，MoreauxL，eta1．Synthesisandphotophysical

propertiesofnewconjugatedfluorophoresdesignedfor

two-photon—excitedfluorescence[J]．Org．Lett．，2002，4（5）：

719-722．

[12]LiJ，AmbroiseA，YangSl，eta1．Template—directedsynthesis，

excited-statephotodynamics，andelectroniccommunicationina

hexamericwheelofporphyrins[J]．Am．Chem．Soc．，1999，12l（38）：

8927．8940．

[13]WagnerRW，SethJ，YangSl，eta1．Synthesisandexcited-state

photodynamicsofamolecularsquarecontainingfourmutually

coplanarporphyrins[J]．Org．Chem．，1998，63（151：

5042—5049

[14]YinL，LiebscherJ．Carbon—carboncouplingreactionscatalyzedby

heterogeneouspalladiumcatalysts[J]．ChemRP，2007，107：

l33一l73．

[15]SajikiH，KumeA，HattoriKeta1．Mildandgeneralprocedurefor

Pd／C—catalyzedhydrodechlorinationofaromaticchlorides[J]．TetrahedronLett，2002，43：

7247—7250．

[16]SajikiH，IkawaT，HattoriK，eta1．Arema~ablesolventefecttowa~

thePd／C—catalyzedcleavageofsilylethers[J]．Chem．Commun，2003，

5：

654—655．

[17]IkawaT，SajikiH，HirotaK．Unexpecteddeprotectionofsilyland

THPethersinducedbyseriousdisparityinthequalityofPd／Ccatalystsandelucidationofthemechanism[J]．Tetrahedron，2004，60（29）：

6l89—6l95．

[18]SekiM．RecentadvancesinPd／C—catalyzedcouplingreactions[J]

Synthesis，2006，18：

2975-2992

[19]DelaRosaMA，VelardeE，GuzmfinA．Cross—couplingreactionsof

monosubstitutedacetylenesandarylhalidescatalyzedbypalladiumoncharcoal[J]．Synth．Commun，1990，20：

2059—2064．

[20]FelpinFX，Vo—YhanhG，VillierasJ，eta1．Thefirstenantioselective

synthesisof（S）一5-bromo-3一（1-methyl一2一pyrrolidiny1）pyridine：

Akey

intermediateforthepreparationofSIB-1508Y[J]．Tetrahedron：

Asymmetry，2001（12）：

ll21-l124

[21]MarrisonLR，DickinsonJM，AhmedR，eta1．Aneficientsynthesis

of4-alkenyl／alkynyl一6-methyl-2一pyronesviaPd—catalysedcoupling

on4-bromo-6一methyl-2一pyrone[J]．TetrahedronLetters，2002，43：

8853—8857

[22]FairlamblJS，LuFJ，SchmidtJP．Palladium-Catalysed

Alkynylationsof2-（Pyran一2-one1Ha]ides[J]．Synthesis，2003，16：

2564—2570

[23]1Diek,H．A．；HecLF．R．Organomet．Chem．1975，93，

295．

[24]HeidenreichRG，KohlerK，KrauterJGE，etalPd／Casahighly

activecatalystforheck，suzukiandsonogashirareactions[J]．SynLett，2002，7：

Il18．1l22

[25]Rossi，R．：

CarpitaA．；Quirici，M．G．；Gaudenza，M．L．Tetrahedron1982，38．631．

[26]CosfordNDP，BleicherL，HerbautA，eta1．（S）一

（一）-5一ethynyl一

3一（1-methyl一2一pyrrolidiny1）pyridinemaleate（SIB一1508Y）：

Anovel

anti-parkinsonianagentwithselectivityforneuronalnicotinicacetylcholinereceptors[J]．Med．Chem，1996，39：

3235—3237．

[27]BleicherL，CosfordNDP，HerbautA，eta1．Apracticalandeficient

synthesisoftheselectiveneuronalacetylcholine—gatedionchannel

agonist（S）一

（一）一5一Ethynyl一3一（1一methyl一2一pyrrolidiny1）pyridinemaleate

（SIB—l508Y）[JJ．Org．Chem，1998，63：

1109一l118．

[28]MenicagliR，SamaritaniS，GodS．2-（alk-1'-yny1）-4，6一dimethoxy—

l，3，5一triazinesviaPd—media