钯在有机合成中的应用.docx

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钯在有机合成中的应用

钯在有机合成中的应用

摘要：

钯在有机合成中有着非常广泛的应用，一般情况下作为催化剂在有机合成反应中发挥作用。

而今，不断地有新的关于钯的催化作用的学术成果被发现和研究出来，比如2010年和Nobel化学奖就授予给了两位发现在钯催化交叉偶联反应研究中做出突出贡献的化学家。

本文简要介绍钯催化偶联反应和钯络合物在有机合成中的应用。

关键词：

钯，偶联反应，络合物，催化

TheApplicationOfPalladiumInOrganicSynthesis

Abstract:

Palladiumhavewideapplicationinorganicsynthesis,itisoftenusedascatalyst.Nowadays,moreandmoreacademicachievementshavebeenworkingout,theNobelPrizeofchemistryin2010wasawardedtotwochemistswhohaddonemuchcontributiontotheresearchofthecouplingreactioncatalyzedbypalladium.Thecouplingreactioncatalyzedbypalladiumandtheapplicationofcoordinationcompoundofpalladiuminorganicsynthesisaresummarizedbrieflyinthispaper.

KeyWords:

palladium,couplingreaction,coordinationcompound,catalyze

一，钯催化偶联反应

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。

为制造有些复杂的有机材料，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。

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。

诺贝尔化学奖委员会主席拉尔斯·哲兰德说：

“有人告诉我说，目前25％的合成药品都由这三种反应中的一种制成，因此，他们的发明对制药工业具有举足轻重的影响。

钯具有非常神奇的属性，它可以让两个不同的碳原子连接在一起，使得它们更靠近并且在非常温和的环境下就能发生反应。

”

1.1Heck反应

在Heek反应中，以钯为催化剂，钯首先与含有卤原子（如氯原子）的卤代烃结合，然后再与含有碳碳双键的烯烃结合。

Heek利用芳基卤化物与Pd（0）生成芳基钯卤化物的反应制备了偶联反应所需要的芳基钯卤化物，由此，以钯为催化剂，完成了烯烃的芳基化反应。

Heck反应及其机理

如今，Heck反应已被用于100多种不同的天然产物和生物活性物质的合成。

例如，通过分子内的Heck反应，构建了吗啡的分子骨架，其产物经过若干步反应后转变为吗啡。

Heck反应用于天然物吗啡的合成

1.2Negishi反应

1977年，Negishi以有机锌化合物作为钯催化偶联反应的亲核试剂，使用有机锌化合物代替烯烃分子后，碳原子变得更加的不活泼，但是，锌原子可以帮助碳原子与钯原子结合，随后，当与钯原子结合的碳原子遇到另一个碳原子时，它们很容易发生偶联反应。

Negishi反应

Negjshi反应同样被经常用于天然物的合成。

例如，合成来自于海洋中的天然抗病毒物质hennoxazoleA。

1.3Suzuki反应

在碱存在条件下，有机硼化合物与乙烯基卤化物和芳基卤化物的反应，该反应被称之为Suzuki反应。

Suzuki反应

抗肿瘤剂（十）一DynemicinA的合成关键步骤采用了Suzuki反应。

Suzuki反应用于抗肿瘤剂（+）一dynemicinA的合成

可以看出，钯催化交叉偶联反应在现代精细化工尤其是医药行业有着非常广泛的应用，也使其将为人类的健康做出更大的贡献。

二．钯络合物在有机合成中的运用

随着过渡金属化学的发展，钯络合物在有机合成中的应用日趋广泛。

由于钯具有未填满的4d轨道，可以与多种组分配位，从而改变原化合物的化学性质，使其可以进行原来不能发生的化学反应。

若改变配位体及反应物的组合，则可发生多种多样的新反应。

钯的正电性较小，易于还原成为零价态，因此容易发生钯催化的有机反应，而且这些化学反应具有反应条件温和，化学选择性和立体选择性较高的特点。

2.1钯络合物与亲核试剂发生反应

烯烃与二价钯形成π-络合物后，双键有原来的富电子变为缺电子，易收到亲核试剂的进攻，生成σ-钯络合物中间体，后者通常很不稳定，很快脱钯生成产物。

近年来，该反应被广泛应用到杂环化合物的合成中。

钯络合物应用于杂环化合物的合成

2.2钯络合物与C-O键的反应

钯催化羰基是合成酯，酰胺，醛和酮等化合物的重要反应。

反应中首先生成钯的络合物中间体，后者在与CO反应生成产物。

2.21有机汞化合物容易转变成钯络合物而发生羰基化反应。

2.22钯催化烯烃的羰基化反应，主要发生在取代较少的双键碳上。

2.3钯络合物与C-X键的氧化加成

2.31钯与碳-卤键的氧化加成是形成钯络合物的重要方法。

2.32钯催化下氟烷基碘可以与烯烃及炔烃发生加成反应。

2.33在钯（+2）络合物催化下碘代苯与CO和Ca（OH）2水溶液发生反应生成α-羟基苯乙酸，而且产率较高。

2.4钯络合物与C-H键的氧化加成

2.41在醋酸钯的催化下，苯和苯乙烯可发生烯基化反应生成二苯乙烯。

2.42在钯（0）络合物的催化下，萘与CO生成萘甲酸。

2.43在钯（+2）络合物的催化下，苯乙烯和CO以及醇可以发生氢酯化反应，优先生成α-苯丙酸酯。

2.44在钯（0）络合物的催化下，酯醛可以发生脱羰基反应生成烯烃，烷烃，CO和氢气。

2.45在PbCl2的催化下，烯醇负离子可以与丙烯发生烯丙基氢化反应。

2.5钯的络合物与C-O键的氧化加成

2.51钯与酯的氧化加成，可以是烷氧键断裂，也可以是酰氧键断裂。

2.52烯丙基苯基醚易与钯（+2）发生氧化加成反应生成烯基钯络合物，继而发生还原消除，是合成共轭双烯的简便方法。

2.531,3双烯单环氧化物可以看成是具有烯丙基醚的结构，它可以与钯反应生成烯丙基钯络合物。

巨蝶性诱素的合成就应用了上述的反应。

2.6钯络合物与N-H键，O-H键的氧化加成反应

含O-H，N-H键的化合物可以与钯发生加成反应氧化加成反应。

例如卤代烯丙醇在钯的催化下，加入CO而生成α，β-不饱和酸γ-内酯的反应。

反应机理为：

2.7钯催化下以甲酸盐为还原剂的一些反应

甲酸及其盐是一种廉价的还原剂，在钯艟化下是一个氢原子源，不仅用于上述β-酮酸烯丙酯的氢解，而且还用于二烯、乙炔、β-不饱和基化合物、硝基化台物、腈和芳香卤化物的还原以及醋酸烯丙酯转变为丙烯的反应。

2.71氨基和羧基的保护

氨基甲酸烯丙酯是很活泼的化合物，在钯的催化下下，用过量的甲酸盐还原可释放出游离的胺。

不仅对伯胺，而且对体积较大的仲胺也适用，条件温和，产率高。

同样，在钯催化下用甲酸盐还原羧酸烯丙酯可以方便地得到羧酸。

由此可见，利用该类反应在有机合成中可用来保护胺基和羧基与通常用氢解的方法除去胺基，羧基的保护基一苄基比较要优越得多。

2.72芳、烯、炔类化合物的甲酸盐还原反应

在钯催化下的甲酸盐还原体系中，用烯丙基化合物，可以方便，有选择地得到未端烯烃。

其中X为OAc、OPh、OC-CH等。

在同样的催化还原体系中，碳酸炔丙酯可氢解得到1，2一二烯烃，然后提高反应温度转化为未端浠烃。

利用甲酸盐在钯催化下还可使相应芳酯还原为芳烃。

例如

钯催化烯丙基环化合物与甲酸的反应已用于天然化合物的合成。

用4-羟基丁炔酸盐在甲酸盐体系中用钯进行催化反应，较高产率地得到丁烯羟酸内酯。

利用炔烃可以插入芳基碳-钯键，在上面的反应中加入等当量的芳基碘化物，就可得到有芳基取代的丁烯羟酸内酯。

钯络合物在有机台成中获得越来越多的应用，对它进行广泛的开发和利用有着广阔的前景。

2.8钯催化β-酮酸烯丙酯的反应

在钯催化的有机台成反应中，许多反应是属于烯丙基化合物进行的反应。

反应通常是π-烯丙基化合物中间体进行，然后再生成碳-碳键，在有机合成中具有广泛的应用。

碳酸烯丙酯和酮酸烯丙酯是十分活泼的底物。

在温和条件下，特别是中性条件下，可进行许多反应。

在Pd（O）存在下，这些烯丙基底物先对钯进行氧化加成，然后脱羧生成π-烯丙基钯络合物中间体，继而再进行反应。

2.81．脱羧-烯丙基化反应

在钯-膦催化剂的作用下，β-酮酸烯丙脱羧产生α-烯丙基酮。

在反应中，双键的构型保持不变。

如果不用催化荆，在l70～200℃才能发生反应。

2.82β-酮酸烯丙基酯的氢解

β-酮酸烯丙醐可以利用碳酸二烯丙酯或氯代甲酸烯丙酯和相应的酮反应获得。

它与弱碱如K2CO作用，发生烃基化或Michael加成反应，然后在温和条件下利用钯催化下的甲酸盐作用，除去烯丙基和二氧化碳，高产率的得到取代的酮。

2.9钯催化双羰基化反应

人们早已熟可由α-酮酸合成α-氨基酸，只是缺少合成α-酮酸的一般途径。

因此钯催化下的卤代烃的双羰基化为α-氨基酸的合成提供了一条方便的途径。

其次，α-酮酸氢化产生α-羟基酸。

与仲胺相比，反应速度要慢得多，需要较高压力的一氧化碳。

双羰基化反应的另一个重要意义在于反应机理的研究。

根据反应产物的推测，有两种可能的反应途径。

途径A是第两份一氧化碳插入酰基-金属键生成中间体（二次插入），再被亲胺试剂（R2NH或ROH）进攻得到产物）。

途径B是亲核试剂直接进攻与金属配位的第二份一氧化碳，再还原消除得到产物。

小结

过渡金属钯在有机合成中有着非常广泛的应用，而且其应用领域涉及范围非常广，其中一部分与人类的生活息息相关，特别是在医药领域的应用。

现在，关于钯的学术研究仍在进行，相关科学技术仍在快速发展，钯在有机合成中的应用的前景非常广阔。

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