HECK 金属钯 串联反应 金属催化DOC.doc

1 - 苄基- 5 -(2 - 溴- 乙基)- 十氢-苯并[cd]〕吲哚-2-酮的合成
俞可
(巢湖学院化学化工与生命科学学院,安徽巢湖 238000)
1 引言
多步骤串联反应是通过将原先多步独立合成的反应组合成为一个合成的操作,金属钯催化的多步串联反应近年来得到了广泛的应用。
串联反应
许多复杂分子的合成经常需要多步完成,涉及繁琐的分离和提纯。从经济和环保角度看,有必要减少步骤, 最大化地避免中间体的分离与提纯,具有这种合成理念的反应就是通常所说的串联反应(tandem reactions), 串联反应不是在一个反应瓶内简单地接连进行二步独立反应,而是第一反应生成的活泼中间体接着进行第二步、第三步的反应[1]。
串联反应在有机合成中具有以下优点:串联反应的中间体不需分离,直接用于原位反应,从而简化了操作步骤、对于敏感的、不稳定的中间体,这一优点尤为突出、串联反应减少了溶剂、洗脱剂的用量和副产物的产生,有利于环保、串联反应经常可以得到独特的化学结构,大多具有很高的选择性,所以近年来在有机合成领域得到了广泛的应用。[2]
串联反应一般可分为串联加成反应、串联取代反应、串联环化反应和串联重排反应以及金属催化的串联反应五大类。

在众多串联加成反应中,Baylis-Hillman反应(BH)最具代表性(Scheme 1)。早期的Baylis-Hillman反应(BH),一直没有被广泛接受和应用,直到2005年,由Kristin E. Price等人根据物理数据提出的机理才被人广泛接受。[3]
Scheme 1
取代反应
串联取代反应我们以咪唑并[1,5-a]吡啶羧酸酯衍生物的合成为例:王建武等发现了咪唑甲醛与γ-2溴代巴豆酸酯在弱碱条件下首先进行亲核取代反应,然后生成γ-2碳负离子并转移到α-2位,再进行分子内亲核进攻成环、脱水的串联反应(Scheme 2),这一发现为咪唑并[1,5-a]吡啶羧酸酯衍生物的合成提供了一种新的方法。[4]
Scheme 2

烷基化-环化反应
Glushkov 等通过酸催化芳香化合物的烷基化形成碳正离子,然后后碳正离子亲电进攻相应的腈, 生成的亚胺碳正离子中间体关环就得到了3,4-二氢异喹啉(Scheme 3)。[5]
Scheme 3
自由基加成-环化反应
我们都知道含氮有机化合物是构成生命体的重要部分, 氮有机化合物是一类重要的药理学活性试剂。C=N 键和自由基的加成是合成该类化合物的一种可靠手段。ε-取代-δ-炔酮亚胺衍生物由于特殊结构,能够发生串联自由基加成-环化反应,合成环烯丙胺化合物II 和III, 改变催化剂种类或用量,可调节化合物II 和III 比例(Scheme 4)。如果改变末端炔键上的取代基或使用不同的自由基引发剂,可以得到一系列的环烯丙胺化合物。[6]
Scheme 4

对于串联重排反应在这里以Cornforth重排反应为例:含硫二氮杂戊环和三氮杂戊环的化合物易发生重排,这可能是由于它们各自与其α-二氮杂硫烯和氮烯体存在平衡体。硫二氮杂戊环化合物I和三氮杂戊环化合物II反应,没有得到预期产物III,而是化合物IV (Scheme 5)[7], 该过程经历两次Cornforth重排反应。
Scheme 5

金属催化的串联反应在这里以金属钯催化的分子间串联反应为例:2007年梁永民等发现了一种新颖的钯催化分子间的串联反应高度选择性合成螺环化合物的反应,通过
2-卤代酚和钯催化丙炔化合物反应,高效合成出了具有苯并呋喃环和茚环共用一个碳原子结构的独特芳香螺环化合物。[8]]
Scheme 6
Scheme 7
Heck反应
Mizoroki和Heck在1971年和1972年发现了Heck反应[9] , 并在2010年获得诺贝尔化学奖。Heck反应属于取代反应的一种,在金属钯催化剂的作用下卤代烷烃取代C-C双键,化学反应方程式为:
Scheme 8
Heck反应的机理研究
如图所示为Heck反应的循环,经历Pd的氧化加成、Pd和双键配位、顺式共平面插入、顺式共平面的β-H消除和还原消除五个步骤[10]。
反应中Pd(0)作为催化剂,在其中循环。Heck反应优点在于其区域选择性和立体专一性,缺点为Pd过于昂贵。
Scheme 9
Heck反应在国内外的研究状况及趋势
Heck反应可以分为两大类:分子内反应和分子间反应。分子内的Heck反应主要包括生成烯基取代的反应,形成季碳中心的反应以及多烯大环的反应。下面我们就这几类反应分别阐述其研究状况。