HeckReaction 1 反應及其機理 合成應用實例 相關背景介紹 目錄 條件改進研究 2 鈀催化交叉偶聯反應 相關背景介紹 3 碳是穩定的 碳原子彼此間不易起反應 鈀催化交叉偶聯解決了這個問題 諾貝爾委員會 碳原子之間的反應條件要求很苛刻 如需要高溫和高壓等 增加了實際操作的難度 并且可能伴隨的許多副反應大大降低了反應效率 相關背景介紹 在金屬鈀的作用下 碳原子相連實現了 并且反應條件不像以前那么苛刻 反應速度也更快 這是當今最精湛的化學技術之一 4 RichardF Heck 1931年生于美國馬薩諸塞州1952年加州大學洛杉磯分校理學學士1954年加州大學洛杉磯分校博士學位1971年特拉華州大學化學與生物化學系2010年諾貝爾化學獎 相關背景介紹 5 鹵代芳烴或烯烴與乙烯基化合物在過渡金屬催化下形成碳碳鍵的偶聯反應稱為Heck反應 反應及其機理 J OrgLett 2004 7 959 6 反應及其機理 ChemRev 2000 100 3011 7 首先是零價鈀或二價鈀的催化劑前體被活化 生成能直接催化反應的配位數少的零價鈀 實驗室常用易保存的 較為穩定的零價鈀配合物Pd PPh3 4或二價醋酸鈀和三苯基膦的混合物 如果加入過量的膦配體 則容易發生催化劑的聚集 即生成無催化活性的鈀黑 零價鈀的聚集體 反應及其機理 8 鹵代烴對新生成的零價鈀進行氧化加成 這是整個反應的決速步驟 碘代芳烴反應最快 產率也較高 而且反應條件溫和 時間短 碘代 溴代以及氯代芳烴或烯烴的活性隨著碳鹵鍵鍵能的增加而遞減 而且一般不使用氟代芳烴或烯烴進行Heck反應 反應及其機理 9 烯烴的遷移插入 決定了反應的區域選擇性和立體選擇性 區域選擇性 RX中的R基團一般加到碳碳雙鍵取代基少的一端 區域選擇性一定程度上取決于電子因素 立體因素等 一些典型的Heck反應的區域選擇性列于下圖 反應及其機理 10 立體選擇性 順式共面的遷移插入以及 H消除 決定了新生成雙鍵高度的立體選擇性 例如 鈀催化的溴苯與1 苯基丙烯的Heck反應 由E式烯烴出發得到的是E式產物 而從Z式烯烴出發得到的是Z式產物 反應及其機理 11 反應及其機理 12 天然產物Resveratrol的合成Resveratrol 白藜蘆醇 是近年來引起人們廣泛關注并具有多種生理活性的天然產物 具有防癌抗癌 抗血小板凝聚及降血脂等作用 合成應用實例 13 天然產物Resveratrol的合成 合成應用實例 TetradronLett 2003 44 4820 14 抗癌藥物 S Camptothecin的合成 S Camptothecin 喜樹堿 是一種從喜樹中分離出來的五個環的稠環生物堿 是一種重要的抗癌藥物先導化合物 合成應用實例 J Am Chem Soc 1992 114 10972 15 前列腺素水溶性類似物Beraprost的合成Beraprost 貝前列素 是前列腺素的一種衍生物 具有口服抗血栓活性 水溶性好 而且穩定 細胞毒性也小 合成應用實例 OrgLett 2003 5 20 3703 16 鈀催化劑價格昂貴 鈀催化劑容易分解產生鈀黑 這不僅不利于產物的分離 而且使催化劑壽命縮短 無法回收再利用 很大程度上限制了Heck反應的應用 鈀對空氣和水都很敏感 需要比較嚴格的無氧無水操作 條件改進研究 17 負載型催化劑研究 01 新型金屬催化劑研究 02 微波反應研究 03 不對稱的Heck反應研究 04 條件改進研究 18 條件改進研究 負載型催化劑研究負載型催化劑就是將貴金屬鈀催化劑以各種方式負載于無機或有機高分子載體上 不僅可以保持其催化活性 而且使之易于分離和回收 嘧啶衍生物氧化鎂等殼聚糖等等有機分子無機分子天然高分子 19 Seckin等合成了一種新型的含Pd的聚酰亞胺催化劑 可以高效催化苯乙烯與鹵代芳烴的Heck反應 能有效克服富電子的苯基膦導致的在大規模制備中存在的價格昂貴 低反應速度 空氣敏感等缺點 J Inorg Organomet Polym 2003 13 223 條件改進研究 20 新型金屬催化劑研究鑒于Cu鹽具有廉價 穩定及低毒的優點 Cu催化的偶聯反應逐漸在醫藥及日用化工品等的合成中得到廣泛的應用 OrgLett 2005 7 619 TBAI 四丁基碘化銨TBAA 四丁基乙酸銨 條件改進研究 21 Oshima等還發現CoCl2 dppb 可以催化6 鹵 1 己烯的分子內Heck反應 得到環狀化合物并且具有較好的產率 Org Lett 2002 4 2257 條件改進研究 22 微波反應研究Karl等以對溴苯甲醚和丙烯酸丁酯為底物 在微波下進行了Heck反應 反應時間大大縮短 產物的收率也沒降低 J Org Chem 2002 67 6243 條件改進研究 1 丁基 3 甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體 用于許多環境友好的反應中 23 不對稱的Heck反應研究Nilss