乙二醇中鈀催化無(wú)配體的室溫Suzuki反應

2011Chinese Journal of catalysisVol 32 No. 7文章編號:0253-9837(2011)07-1204-04DoI:10.3724SPJ.1088.2011.10225研究論文:1204120乙二醇中鈀催化無(wú)配體的室溫 Suzuki反應劉春,韓娜,袁浩,何曉字,金子林大連理工大學(xué)精細化工國家重點(diǎn)實(shí)驗室,遼寧大連116024摘要:報道了一種在室溫下醋酸鈀催化乙二醇中無(wú)外加配體的 Suzuk反應體系.以K3PO47H2O為堿,在該體系中可高效進(jìn)行芳基溴代物和芳基硼酸的 Suzuki交叉偶聯(lián)反應,具有反應條件溫和、無(wú)需惰性氣體保護等特點(diǎn).在n(ABr)=0.5mmoln(ArB(OH2)=075mmol,x(Pd(OAc)=0.5mol%,n(KPO47H2O)=1.0mmol,v乙二醇)=2ml的優(yōu)化條件下,4-溴苯甲醚和苯硼酸反應20min,分離收率即達95%關(guān)鍵詞: Suzuki反應;鈀;無(wú)配體;乙二醇;室溫中圖分類(lèi)號:0643文獻標識碼:A收稿日期:2011-0220.接受日期:201103-16.通訊聯(lián)系人.電話(huà)傳真:(041184986182;電子信箱:ciu@dlut.edu.cn基金來(lái)源:國家自然科學(xué)基金(21076034,20976024,20923006);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專(zhuān)項資金( DUTIILKI5)Pd(oAc)2-Catalyzed Ligand-Free Suzuki Reaction in Ethylene Glycolt room TemperatureLIU Chun, HAN Na, YUAN Hao, HE Xiaoyu, JiN ZilinState Key Laboratory of Fine Chemicals, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, ChinaAbstract: An aerobic and efficient protocol has been developed for the pd(OAch-catalyzed ligand-free Suzuki reaction of aryl bromideswith aryl boronic acids in ethylene glycol at room temperature, affording cross-coupling products in good to excellent yields. Under the op-ized reaction conditions (i.e, 0.5 mmol ArBr, 0.75 mmol ArB(OH), 0.5 mol% Pd(OAch, 1.0 mmol K,PO4 7H20, and 2 ml ethyleneglycol), the Suzuki reaction between 4-bromoanisole and phenylboronic acid provided a 95% isolated yield in 20 minKey words: Suzuki reaction; palladium; ligand-free; ethylene glycol; room temperatureReceived 20 February 2011. Accepted 16 March 2011.*Correspondingauthor.Tel/Fax+86-411-84986182:E-mail:cliu@dut.edu.cnThis work was supported by the National Natural Science Foundation of China(21076034, 20976024, 20923006) and the FundamentalResearch Funds for the Central Universities(DUTIILK15)Suz山k交又偶聯(lián)反應是現代有機合成中構建體等但大多數配體存在合成困難,成本較高,且CC鍵最為有效的方法之一-.它具有反應條件溫和、有機硼試劑低毒和穩定性好、底物適用范圍廣ArAreductivePd(0)dativ等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應用于天然產(chǎn)物、醫藥、農藥、除草eliminationaddition劑、高分子傳導材料和液晶材料等的合成67.目前ArPd(Ⅱ} Ar Ar-Pd(l)X公認的 Suzuk反應機理分為三個(gè)步驟,依次為氧化加成、金屬轉移化和還原消除(見(jiàn)圖式1),其中氧XB(OH Ar'B(OH)化加成為反應決速步驟圖式1鈀催化的Suuk反應機理該反應通常需要添加膦配體或M雜環(huán)卡賓配Scheme 1. Mechanism of palladium-catalyzed Suzuki reaction.www.chxb.cn劉春等:乙二醇中鈀催化無(wú)配體的室溫 Suzuki反應1205對水和氧敏感,反應過(guò)程中需要溶劑除水和惰性氣表1催化劑前體對4溴苯甲醚與苯硼酸S以四k反應的影體保護等措施等問(wèn)題,因而限制了它的應用.Pd催化無(wú)配體的反應體系因具有操作簡(jiǎn)單和成本低等優(yōu)點(diǎn)Table 1 Effect of precatalysts on the Suzuki reaction of4-bromoanisole and phenylboronic acid而備受關(guān)注1.目前,有機溶劑作為反應介質(zhì)已廣Meo泛應用于無(wú)配體的Suuk反應Deng等以乙醇為溶劑,與PdOA)2NaoH3組成催化體系考察了芳Isolated yield (%基溴代物和芳基碘代物的 Suzuk反應Yin等18報PCh210% Pd/Ctrace道了在分子量為300的聚乙二醇中,以PCl2為催化Pd,(dba劑的高效催化芳基氯代物與芳基硼酸的無(wú)配體Su- Reaction conditions:4 bromozuki反應0.75 mmol, Pd 0.5 mol%, K, PO. 7Hyo 1.0 mmol, ethylene glycol 2 mL,最近,本課題組報道了一個(gè)甲苯中醋酸鈀催化25. C, 20 min, in air. The reactions were monitored by thin layerchromatography.無(wú)配體的 Suzuki反應體系,以K3PO47H2O為堿,在空氣中即可高效催化芳基溴代物和芳基硼酸的Su-22堿對 Suzuki反應的影響zuk反應19.因此,發(fā)展新型鈀催化無(wú)外加配體的表2為堿對4-溴苯甲醚與苯硼酸的 Suzuki反Suuk反應體系仍具有學(xué)術(shù)意義和應用價(jià)值應的影響.由表可見(jiàn),在本文考察的堿中,以本文報道一種在乙二醇中Pd(OAc)2催化無(wú)配K3PO47H2O的促進(jìn)效果最強,反應20min,產(chǎn)物分體的 Suzuki反應體系,在該體系中,芳基溴代物和離收率達95%;其次是K2CO3,反應60min,產(chǎn)物分芳基硼酸的 Suzuki交叉偶聯(lián)反應可在室溫及空氣離收率達88%.另外,相對于鉀鹽,以CH3ONa和條件下快速高效地進(jìn)行,并發(fā)現乙二醇中羥基能促NaOH為堿,反應20min,產(chǎn)物收率較低.由此可見(jiàn),進(jìn) Suzuki反應鉀鹽好于鈉鹽,這可能是由于具有較大離子半徑的鉀離子在金屬交換過(guò)程中起到模板作用,因而促進(jìn)1實(shí)驗部分了該步驟的進(jìn)行20于二口瓶中,依次加入溴代芳烴(0.5mmol)、芳表2堿對4溴苯甲醚與苯硼酸 Suzuki反應的影響基硼酸(0.75mmol)、堿(1.0mo)、Pd催化劑(0.5 Table2 Effect of bases on the Suzuki reaction of4 bromoanisole andmol%, Pd(oAc)2和PdCl2購自 Alfa Aesar公司ronIc aPd2(dba)3購自Acos公司,PdC購自 Fluka公司)和Time(min) lsolated yield (%K,PO.7HO乙二醇(2ml),在25°C進(jìn)行反應.反應結束后,加co6088入15m飽和NaCl溶液淬滅,并用乙醚萃取4次, CHIONE每次15ml偶聯(lián)產(chǎn)物經(jīng)柱層析提純.所有產(chǎn)物的結NaOHReaction conditions: 4-bromoanisole 0.5 mmol, phenylboronic acid構均由H核磁共振譜確證0.75 mmol, Pd(OAch05 mol%, base 1.0 mmol, ethylene glycol 2 ml,25C, in air. The reactions were monitored by thin layer chromatogra2結果與討論21催化劑前體對 Suzuki反應的影響23溶劑對 Suzuki反應的影響以4溴苯甲醚與苯硼酸的偶聯(lián)為模型反應,考圖式2為溶劑對4溴苯甲醚與苯硼酸 Suzuki察不同催化劑前體對 Suzuki反應的影響,結果見(jiàn)表反應的影響.可以看出,溶劑分子中羥基對 Suzuki1.由表可見(jiàn),以Pd(OAc)2為催化劑前體時(shí)反應效反應活性有重要影響.當以甲氧基取代乙二醇中果最好,反應20min后,4甲氧基聯(lián)苯的分離收率個(gè)羥基時(shí)反應活性明顯下降,反應20min,分離收率可達95%.其次是PdCl,反應20min后,分離收率僅為34%;以甲氧基取代乙二醇中兩個(gè)羥基時(shí),反為51%;而零價(jià)Pd源10%PdC或Pd(dba)的催應20min后得到痕量產(chǎn)物.由此可見(jiàn),乙二醇在反化活性明顯很低,產(chǎn)物均為痕量.因此,以下實(shí)驗均應中不僅起到溶劑的作用,還能促進(jìn) Suzuki反應的以Pd(OAc)2為 Suzuk反應的催化劑前體進(jìn)行催化學(xué)報Chin.J. Catal,2011,32:1204-1207min,分離收率達到96%(實(shí)驗5).另外,芳基硼酸上MeoPd(oAch. PhB(OH)solvent. 20 min取代基的電子效應影響不明顯.例如芳基硼酸上的HaCOtrace給電子基(如甲基)并沒(méi)有明顯加快反應速率:2-溴OCH3苯甲醚與苯硼酸或4甲基苯硼酸分別反應25或2095%min,分離收率都為95%(實(shí)驗2和19).再如有吸電圖式2溶劑對4溴苯甲醚與苯硼酸 Suzuk反應的影響子基(如氟)的芳基硼酸反應活性也沒(méi)有明顯降低Scheme 2. Theon the Suzuki reaction of4-溴苯甲醚與苯硼酸或4氟苯硼酸分別反應20或4-bromoanisole with phenylboronic acid.25min,分離收率分別為95%和91%(實(shí)驗1和8);2-溴苯甲醚與苯硼酸或4氟苯硼酸分別反應2524乙二醇中醋酸鈀催化無(wú)外加配體 Suzuki反應m,分離收率都為95%(實(shí)驗2和17的底物普適性還可以看出,該體系中芳基溴代物上相同取代在上述優(yōu)化的反應條件下,考察了含不同取代基在鄰位或對位時(shí)對反應效果的影響不大,即位阻基的溴代芳烴與芳基硼酸的Suzk反應,結果見(jiàn)表效應不明顯.例如,4溴苯甲醚或2溴苯甲醚與苯3.由表可見(jiàn),含吸電子基芳基鹵代物的反應活性反硼酸分別反應20或25mi,分離收率都為95%(實(shí)而不如含給電子基芳基鹵代物的例如4硝基溴苯驗1和2);4溴苯腈或2-溴苯腈與苯硼酸分別反應與苯硎酸反應120min,分離收率為7%(實(shí)驗7);90min,分離收率分別為93%和95%(實(shí)驗3和4)4溴苯乙酮與4甲基苯硼酸反應90mm,分離收率帶有鄰位取代基的苯硼酸受空間位阻的影響,反應為95%(實(shí)驗13);而4甲基溴苯與苯硼酸反應60速率下降,適當延長(cháng)反應時(shí)間仍可得到較高的收率例如,2-甲基苯硼酸與4-溴苯甲醚或4-甲基溴苯分表3溴代芳烴和芳基硼酸的 Suzuki反應Table 3 The Suzuki reaction of aryl bromides with aryl boronic別反應120min,分離收率分別為80%和75%(實(shí)驗9和15)分m,80分,3結論E發(fā)展了一種以乙二醇為溶劑,醋酸鈀為催化劑的無(wú)外加配體的 Suzuki反應體系.該體系可在室溫2-OMe25及空氣條件下高效催化含不同取代基的溴代芳烴與4-CN2-CNHHHHH芳基硼酸的 Suzuki反應.結果表明,溴代芳烴取代4-Me基的電子效應和空間效應對反應活性的影響不大H而鄰位取代的芳基硼酸的反應活性明顯低于對位取H代的芳基硼酸.另外,乙二醇在反應中不僅起到溶4-OMe4-OMe2-Me劑的作用,還能促進(jìn) Suzuki反應.該體系溶劑作用25901234567894-OMe3-Me%87989%4機理的研究正在進(jìn)行4-COCH3參考文獻4-C0CI4-MeI Miyaura N, Yamada K, Suzuki A. Tetrahedron Lett, 19792-Me36:34374-Me2 Miyaura N, Suzuki A Chem Rev, 1995, 95: 24572-OMe3 Li C J Angew Chem, int Ed, 2003, 42: 48562-OMe2-Me4黃鐘斌,嚴新煥,江玲超,蔣虹.催化學(xué)報( Huang Zh B,4-MeYan X H, Jiang L Ch, Jiang H. Chin J Catan), 2010, 31: 90Reaction conditions; aryl bromides05mmol, aryl boronic acids0.755劉春,倪祁健,胡萍萍,袁浩,金子林.催化學(xué)報(Liummol, Pd(OAch05 mol%, K, PO. 7H20 1.0 mmol, ethylene glycol 2Ch, NiQ J, Hu P P, Yuan H, Jin Z L. Chin J Catan, 2010ml, 25C, in air. The reactions were monitored by thin layer chroma.31:12776 Littke A F, Fu G C Angew Chem, Int Ed, 2002, 41: 4176www.chxb.cn劉春等:乙二醇中鈀催化無(wú)配體的室溫 Suzuk反應12077 Farina V. Adv Synth Catal, 2004, 346: 1553Kitade Y, Sajiki H. Adv Synth Catal, 2010, 352: 7188 Suzuki A J Organomet Chem, 1999, 576: 14714 Han W, Liu C, Jin Z L Ong Letf, 2007, 9: 40059 Billingsley K, Buchwald S L. J Am Chem Soc, 2007, 129: 15 Han W, Liu C, Jin Z L. Adv Synth Catal, 2008, 350: 50116 Liu C, Yang W B Chem Commun, 2009: 626710 Roy S, Plenio H. 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Tetrahedron,Chin Catan, 2010, 31: 13162010.66:763320 Zhang H C, Kwong F Y, Tian Y, Chan K S J Org Chem,13 Kitamura Y, Sako S, Tsutsui A, Monguchi Y, Maegawa T,1998,63:6886《催化反應工程基礎》陳誦英編著(zhù)ISBN978-7-122-10297-3定價(jià)68.00元化學(xué)工業(yè)出版社2011年5月出版速率的實(shí)驗室催化反應器和實(shí)驗測量方法,實(shí)驗數據的處理加工以及速率方程的建立和速率參數的計算等內容化催化反應工程基礎第3章介紹催化反應過(guò)程中的傳遞現象,包括多相催化傳遞過(guò)程基本規律傳遞參數的實(shí)驗測量方法和理論估算方法,相間傳質(zhì)和傳熱的經(jīng)驗關(guān)聯(lián),催化過(guò)程中傳遞和動(dòng)力學(xué)過(guò)程的相互作用,催化劑效率因子計算和三相催化過(guò)程動(dòng)力學(xué)分析等內容第4章重點(diǎn)介紹等溫理想反應器設計的思路和方法并輔以多個(gè)具體例子來(lái)說(shuō)明催化反應器設計中可能遇到的問(wèn)題,以及設計所需要的數值計算方法《催化反應工程基礎》( Fundamentals of catalytic第5章介紹非等溫反應器設計思路和方法重點(diǎn)介紹Reaction Engineering)詳細了介紹催化反應工程的基礎知如何將能量平衡結合到設計方程中以及非等溫反應器所識介紹了催化反應工程發(fā)展的新趨勢以及催化反應器設遇到的一些特別問(wèn)題也輔以說(shuō)明性和實(shí)際應用的催化反計的基本思路和方法,即如何組合這些基礎知識建立設計應器設計例子,同時(shí)簡(jiǎn)要介紹催化反應器非理想性的表述方程以計算達到所希望生產(chǎn)能力的催化劑體積或質(zhì)量以和校正及反應器體積.為了使讀者容易理解和掌握,書(shū)中給出了本書(shū)可以作為高等學(xué)?；瘜W(xué)和化工及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的高大量的例子年級本科生、研究生和教師的重要參考書(shū),也是在相關(guān)企全書(shū)共分為5章.第1章緒論,強調催化反應工程是業(yè)從事工業(yè)催化反應過(guò)程研究開(kāi)發(fā)和設計的科技人員和節能和提高效率即實(shí)現低碳經(jīng)濟的重要手段和工具操作管理人員的重要參考書(shū)第2章介紹催化反應速率方程的建立,測量催化反應化學(xué)工業(yè)出版社)