偶联反应

脱羧偶联反应 Decarboxylative Coupling

概要

脱羧偶联反应是指利用金属催化剂实现羧酸类化合物脱羧并在原来的羧酸位点生成新的碳-碳键的化学反应。广义上来说,也可以将金属催化羧酸脱羧并生成碳杂原子化学键(碳-氧,碳-硫,碳-氮键等)的反应归类为脱羧偶联反应。[1, 2, 3] 传统有机化学中的脱羧反应主要利用了氧化羧酸生成自由基的过程。芳基和烯基(Csp2-COOH) 羧酸的脱羧偶联反应主要利用金属催化实现氧化还原中性条件下的脱羧,并且生成金属有机中间体,从而实现与亲电试剂或者在氧化性条件下与亲核试剂的偶联成键。虽然一些活化的烷基羧酸可以在金属催化剂催化下通过生成金属有机中间体的历程进行非自由基脱羧偶联。但是,针对金属催化剂催化烷基羧酸(Csp3-COOH)的脱羧困难问题,一些烷基羧酸的脱羧偶联反应仍然需要通过自由基反应机理进行。值得指出的是,最近,MacMillan等人成功将光氧化还原催化剂与镍催化剂结合,通过结合光催化与金属有机催化的混合手段,实现了氨基酸和非活化烷基羧酸的脱羧偶联。[4]

0

基本文献

  1.  Shang R, Liu, L. Science China-Chemistry, 2011, 11, 54: 1670–1687 DOI: 10.1007/s11426-011-4381-0
  2. Nilsson M. Acta Chem Scand, 1966, 20: 423–426. DOI: 10.3891/acta.chem.scand.20-0423
  3. Rodríguez N, Goossen L. Chem Soc Rev, 2011, 40:5030–5048. DOI: 10.1039/C1CS15093F

 

反应机理

  • 根据具体的羧酸底物以及偶联试剂,脱羧偶联反应的机理存在一定程度上的差异,主要的几种机理包括了双金属催化脱羧偶联体系,单金属催化的脱羧偶联体系,以及复合催化体系(光催化接力金属催化)等。
  • 双金属催化体系

mech1 deco2

  • 单金属催化体系

mech2 deco2

反应实例

铜钯双金属催化的脱羧偶联[5]

1

银钯催化的脱羧偶联[6]

2

钯催化的脱羧偶联[7]

3

铜催化的脱羧偶联[8]

4

实验步骤

  • 以反应实例三为例。将羧酸盐、钯催化剂和配体置于Schlenk反应管中,将反应混合物抽真空并充入氩气(反复三次)。将溴苯和氮甲基吡咯烷酮溶剂通过注射器加入反应管中。将反应管与充满氩气的真空线相接,并至于150摄氏度的油浴中加热。反应结束后,加入水淬灭反应,并用乙酸乙酯萃取,将萃取液减压蒸发除去溶剂,通过柱层析分离得到产物。

 

实验技巧

  • 注意羧酸盐可能会吸潮,使用干燥后的羧酸盐有时候会有助于反应的进行。
  • 一些情况下羧酸盐在反应体系中并不溶解,需要均匀的搅拌使得反应能够充分的进行。

 

参考文献

[4] (a) Zuo, Z.; Ahneman, D.; Chu, L.; Terrett, J.; Doyle, A. G.; MacMillan, D. W. C. Science. 2014, 345, 437.  DOI:10.1126/science.1255525

[5] Goossen, L. J.; Deng, G.; Levy, L. M. Science. 2006, 313, 662. DOI:10.1126/science.1128684

[6] Myers, A. G.; Tanaka, D.; Mannion, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11250. DOI: 10.1021/ja027523m

[7] Shang, R.; Fu, Y.; Li, J.-B.; Zhang, S.-L.; Guo, Q.-X.; Liu, L.; J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5738. DOI: 10.1021/ja900984x

[8] Shang, R.; Fu, Y.; Wang, Y.; Xu, Q.; Yu, H.-Z.; Liu, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 9350. DOI: 10.1002/anie.200904916

 

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