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乙二醇中鈀催化無配體的室溫 Suzuki反應(yīng)劉春,韓娜,袁浩,何曉字,金子林大連理工大學(xué)精細化工國家重點實驗室,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外加配體的 Suzuk反應(yīng)體系.以K3PO47H2O為堿,在該體系中可高效進行芳基溴代物和芳基硼酸的 Suzuki交叉偶聯(lián)反應(yīng),具有反應(yīng)條件溫和、無需惰性氣體保護等特點.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(yīng)20min,分離收率即達95%關(guān)鍵詞: Suzuki反應(yīng);鈀;無配體;乙二醇;室溫中圖分類號:0643文獻標(biāo)識碼:A收稿日期:2011-0220.接受日期:201103-16.通訊聯(lián)系人.電話傳真:(041184986182;電子信箱:ciu@dlut.edu.cn基金來源: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(yīng)是現(xiàn)代有機合成中構(gòu)建體等但大多數(shù)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(yīng)條件溫和、有機硼試劑低毒和穩(wěn)定性好、底物適用范圍廣ArAreductivePd(0)dativ等優(yōu)點,已廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物、醫(yī)藥、農(nóng)藥、除草eliminationaddition劑、高分子傳導(dǎo)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(yīng)機理分為三個步驟,依次為氧化加成、金屬轉(zhuǎn)移化和還原消除(見圖式1),其中氧XB(OH Ar'B(OH)化加成為反應(yīng)決速步驟圖式1鈀催化的Suuk反應(yīng)機理該反應(yīng)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:乙二醇中鈀催化無配體的室溫 Suzuki反應(yīng)1205對水和氧敏感,反應(yīng)過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(yīng)的影體保護等措施等問題,因而限制了它的應(yīng)用.Pd催化無配體的反應(yīng)體系因具有操作簡單和成本低等優(yōu)點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(yīng)介質(zhì)已廣Meo泛應(yīng)用于無配體的Suuk反應(yīng)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(yīng)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配體Su- Reaction conditions:4 bromozuki反應(yīng)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甲苯中醋酸鈀催化25. C, 20 min, in air. The reactions were monitored by thin layerchromatography.無配體的 Suzuki反應(yīng)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(yīng)的影響zuk反應(yīng)19.因此,發(fā)展新型鈀催化無外加配體的表2為堿對4-溴苯甲醚與苯硼酸的 Suzuki反Suuk反應(yīng)體系仍具有學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值應(yīng)的影響.由表可見,在本文考察的堿中,以本文報道一種在乙二醇中Pd(OAc)2催化無配K3PO47H2O的促進效果最強,反應(yīng)20min,產(chǎn)物分體的 Suzuki反應(yīng)體系,在該體系中,芳基溴代物和離收率達95%;其次是K2CO3,反應(yīng)60min,產(chǎn)物分芳基硼酸的 Suzuki交叉偶聯(lián)反應(yīng)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行,并發(fā)現(xiàn)乙二醇中羥基能促NaOH為堿,反應(yīng)20min,產(chǎn)物收率較低.由此可見,進 Suzuki反應(yīng)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程中起到模板作用,因而促進1實驗部分了該步驟的進行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(yīng)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進行反應(yīng).反應(yīng)結(jié)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(jié)NaOHReaction conditions: 4-bromoanisole 0.5 mmol, phenylboronic acid構(gòu)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(jié)果與討論21催化劑前體對 Suzuki反應(yīng)的影響23溶劑對 Suzuki反應(yīng)的影響以4溴苯甲醚與苯硼酸的偶聯(lián)為模型反應(yīng),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(yīng)的影響,結(jié)果見表反應(yīng)的影響.可以看出,溶劑分子中羥基對 Suzuki1.由表可見,以Pd(OAc)2為催化劑前體時反應(yīng)效反應(yīng)活性有重要影響.當(dāng)以甲氧基取代乙二醇中果最好,反應(yīng)20min后,4甲氧基聯(lián)苯的分離收率個羥基時反應(yīng)活性明顯下降,反應(yīng)20min,分離收率可達95%.其次是PdCl,反應(yīng)20min后,分離收率僅為34%;以甲氧基取代乙二醇中兩個羥基時,反為51%;而零價Pd源10%PdC或Pd(dba)的催應(yīng)20min后得到痕量產(chǎn)物.由此可見,乙二醇在反化活性明顯很低,產(chǎn)物均為痕量.因此,以下實驗均應(yīng)中不僅起到溶劑的作用,還能促進 Suzuki反應(yīng)的以Pd(OAc)2為 Suzuk反應(yīng)的催化劑前體進行催化學(xué)報Chin.J. Catal,2011,32:1204-1207min,分離收率達到96%(實驗5).另外,芳基硼酸上MeoPd(oAch. PhB(OH)solvent. 20 min取代基的電子效應(yīng)影響不明顯.例如芳基硼酸上的HaCOtrace給電子基(如甲基)并沒有明顯加快反應(yīng)速率:2-溴OCH3苯甲醚與苯硼酸或4甲基苯硼酸分別反應(yīng)25或2095%min,分離收率都為95%(實驗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(yīng)的影響子基(如氟)的芳基硼酸反應(yīng)活性也沒有明顯降低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(yīng)20或4-bromoanisole with phenylboronic acid.25min,分離收率分別為95%和91%(實驗1和8);2-溴苯甲醚與苯硼酸或4氟苯硼酸分別反應(yīng)2524乙二醇中醋酸鈀催化無外加配體 Suzuki反應(yīng)m,分離收率都為95%(實驗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(yīng)條件下,考察了含不同取代基在鄰位或?qū)ξ粫r對反應(yīng)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(yīng),結(jié)果見表效應(yīng)不明顯.例如,4溴苯甲醚或2溴苯甲醚與苯3.由表可見,含吸電子基芳基鹵代物的反應(yīng)活性反硼酸分別反應(yīng)20或25mi,分離收率都為95%(實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(yīng)與苯硎酸反應(yīng)120min,分離收率為7%(實驗7);90min,分離收率分別為93%和95%(實驗3和4)4溴苯乙酮與4甲基苯硼酸反應(yīng)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(yīng)為95%(實驗13);而4甲基溴苯與苯硼酸反應(yīng)60速率下降,適當(dāng)延長反應(yīng)時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(yīng)Table 3 The Suzuki reaction of aryl bromides with aryl boronic別反應(yīng)120min,分離收率分別為80%和75%(實驗9和15)分m,80分,3結(jié)論E發(fā)展了一種以乙二醇為溶劑,醋酸鈀為催化劑的無外加配體的 Suzuki反應(yīng)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(yīng).結(jié)果表明,溴代芳烴取代4-Me基的電子效應(yīng)和空間效應(yīng)對反應(yīng)活性的影響不大H而鄰位取代的芳基硼酸的反應(yīng)活性明顯低于對位取H代的芳基硼酸.另外,乙二醇在反應(yīng)中不僅起到溶4-OMe4-OMe2-Me劑的作用,還能促進 Suzuki反應(yīng).該體系溶劑作用25901234567894-OMe3-Me%87989%4機理的研究正在進行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(yán)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:乙二醇中鈀催化無配體的室溫 Suzuk反應(yīng)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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