偶联反应

铃木-宫浦偶联反应 Suzuki-Miyaura Cross Coupling

概要

钯催化的有机硼化合物与有机卤化物的偶联反应称为Suzuki-Miyaura(铃木-宫浦)偶联反应,简称Suzuki(铃木)反应。 其反应条件相对温和,对官能团有较高的选择性,是在钯催化的偶联反应中最易于使用的偶联反应之一。

多种有机硼化合物都能用于Suzuki-Miyaura反应,其中有机硼酸较常用,由于合成简单、对水和空气稳定、容易结晶等。有机硼反应生成的含硼副产物能溶于水,无毒等特点使该反应最方便实用,并可用于较大规模的工业合成。

现在许多化学品公司都有市售各种有机硼酸试剂,所以无需花费时间就可以由纯化合物原料来合成。Suzuki-Miyaura反应在医药品、精密有机合成、化学纤维、液晶分子等有机材料的合成方面都有广泛应用。是日本人名反应中最有名、且实用性高的反应之一。

sp3碳-硼键在反应时因金属迁移步骤较慢,容易先发生β-H消去。因此,sp3碳-硼的偶联反应一直难以发生。近年来许多研究结果中,发现了适合烷基硼化物的Suzuki-Miyaura偶联反应的催化体系,常用于复杂化合物的碳-碳骨架的构建,详见Denishefsky,Nicolaou等的综述(下记文献)

 

基本文献

・ Miyaura, N.; Suzuki, A. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1979, 866.
・ Miyaura, N.; Yamada, K.; Suzuki, A. Tetrahedron Lett. 197920, 3437. doi:10.1016/S0040-4039(01)95429-2
・ Suzuki, A. Pure. Appl. Chem. 198557, 1749.
・ Review for Suzuki Coupling Reaction: Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 199595, 2457. doi:10.1021/cr00039a007
・ Review for B-alkyl Suzuki Coupling Reaction: Chemler, S. R.; Trauner, D.; Danishefsky, S. J.Angew. Chem. Int. Ed. 200140, 4544. [abstract]
・西田まゆみ, 田形 剛, 有機合成化学協会誌 200462, 737.
・ Review for Pd-Catalyzed Cross Coupling in Total Synthesis: Nicolaou, K. C.; Bulger, P. G.; Sarlah, D. Angew. Chem. Int. Ed. 200544, 4442. doi:10.1002/anie.200500368
・鈴木章, 有機合成化学協会誌 200563, 312.

 

反应机理

通常碳硼键的结合力较强(有机硼化物稳定),金属迁移不好发生。加入化学当量的碱很必要,为生成更容易金属迁移的硼酸盐(Borate)。因此,在碱性条件下不稳定的化合物不能适用是该反应的一个缺点。

x-ene-10-2

 

反应实例

近年来,Suzuki偶联反应取得卓越进展,反应活性低的芳基氯也能作为偶联试剂[1][2]参与反应。

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该反应因其较高的官能团选择性,实现了palytoxin的全合成。当分子的分子量变得越大,反应时与反应活性位的碰撞概率越小,一般的偶联反应很难发生。在这个合成中,氢氧化铊作为碱加入反应中对反应活性的提高显而易见。[3]

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Ciguatoxin的合成研究[4]:将烷基硼用于铃木反应收敛性合成三环化合物也被报道。 烯醇磷酸酯作偶联试剂比于烯醇三氟磺酸酯更稳定。

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不经过有机硼化合物的Suzuki偶联: 由9-BBN-OMe 和任意的有机锂/格利雅试剂的反应原位制备成硼酸盐borate,直接用于反应也是一种手段。特别是对于甲基,炔基,硼氢化试剂不能制备的有机硼可以使用本方法。

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二位烷基卤化物的Suzuki偶联[5]: 通常氧化加成后,烷基金属中间体很快会发生β-H消去而分解。对于二位烷基卤化物这一过程更为显著,在此之前没有报道的成功实例,Fu等将Ni催化剂和大位阻的配体相结合筛选出合适条件,实现这一困难的偶联反应。

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有机三氟硼酸盐对空气,水稳定的结晶性化合物。与硼酸相比,更容易定量调节,精制等优点。近年来的反应研究中也常用其作为偶联试剂。[6] 除此之外,环状的三醇硼酸酯[7]也因同样的优点被报道用于偶联反应研究中。

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应用连续铃木偶联反应战略合成Peridinine:[8] 此处使用的MIDA硼酸盐作为保护型有机硼酸盐应用于偶联反应目前是该领域中最先进的研究之一。

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实验步骤

芳基氯化物用于Suzuki-Miyaura偶联反应。[9]

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实验技巧

0价的Pd遇氧气会失活,反应应在氩气或氮气气氛下进行。根据不同底物,必要时要对溶剂冻结脱气处理。

 

参考文献

[1] Fu, G. C. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 199937, 3387. [abstract]
[2] Buchwald, S. L. et al. J. Am. Chem. Soc. 1999121, 9550. DOI: 10.1021/ja992130h
[3] Kishi, Y. et al. J. Am. Chem. Soc. 1989111, 7530; ibid. 1994116, 11205.
[4] Sasaki,M.; Tachibana, K. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 200140, 1090. [abstract]
[5] Fu, G. C. et al. J. Am. Chem. Soc. 2004126, 1340. DOI: 10.1021/ja039889k
[6] (a) Stefani, H. A. et al. Tetrahedron 200763, 3623. DOI:10.1016/j.tet.2007.01.061 (b) Molandar, G. A. et al. Aldrichimica Acta 200538, 49. [PDF]
[7] Yamamoto, Y.; Takizaha, M.; Yu, X.-Q.; Miyaura, N. Angew. Chem. Int. Ed. 200847, 928. DOI:10.1002/anie.200704162
[8] Woerly, E. M.; Cherney, A. H.; Davis, E. K.; Burke, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2010132, 6941. DOI: 10.1021/ja102721p
[9] Altman, R. A.; Buchwald, S. L. Nature Protocols 20072, 3115. DOI:10.1038/nprot.2007.411

 

相关书籍

 

相关链接

Organoborane (Wikipedia)
Suzuki Reaction (Wikipedia)
鈴木-宮浦カップリング (Wikipedia日本)
Gregory Fu’s Reserch Group (MIT)
Stephen Buckwald’s Research Group (MIT)
・ Burke Laboratory
・ ボロン酸MIDAエステル(PDF, Sigma-Aldrich)
・ MIDA-boronate

 

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土生土长西安人,本+硕在陕师大,博士在日本冈山大学取得,博后在名古屋大学ITbM研究所伊丹研究室,有机化学研究生涯3+3+3,现职于西安交通大学理学院。擅长金属催化的偶联反应,博后期间开始合成糖化学,还有碳氢键活化研究。喜欢语言,旅游,网络,音乐,当然最最喜欢的还是化学。现为化学空间员工代表,小编兼美术。 自我描述:师范大学子弟,从小就在家门口上学,也没吃过什么苦,没想到学有机化学的这些年,高强度的实验把我锻炼成了不折不挠的女汉子。硕士毕业留学日本一待就快六年,坚持下来很佩服自己,而且也越来越喜欢有机化学了。 身为化学空间的员工代表,想把化学空间做成“化学人儿”的平台,也希望更多学化学,爱化学的人加入我们,用我们的力量让更多人能感受到化学的魅力。

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