人名反应——Heck偶联反应

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反应特点

(1)此反应特别适合从单取代烯烃制备双取代烯烃,例如制备β-取代不饱和酯。

(2) Heck反应是在钯催化下,烯烃与卤代烃的偶联反应。

(3)烯烃取代基给电子或吸电子性质对后续基团的引入影响有限,但缺电子烯烃的反应收率相对较高。

(4)反应速率与烯烃上取代基的数量有关,取代基越多,反应速率越慢。

(5)对于不对称烯烃,比如端基烯烃,其取代的位点主要发生在取代基较少的碳上。

(6)芳基或乙烯基上的卤素是至关重要的,反应速率按以下顺序变化:I>Br~OTf>>Cl。

(7)反应对水不敏感,溶剂无需完全除氧。

(8)反应条件可以容忍烯烃组分上的广泛官能团:酯、醚、羧酸、腈、酚、二烯等,都非常适合偶联,但烯丙基醇倾向于重排。

(9)活性钯(0)一般是由钯前体{Pd(OAc)2,Pd(PPh3)4}在单配位或双配位膦配体存在下,原位产生。

(10)此反应具有立体专一性,这是因为钯络合物对烯烃的插入和β-H的消除都是顺式。

反应机理

Heck反应机理较为复杂,具体的机理过程随着反应条件的不同会有微小的区别。但大体上以Pd(II)还原为Pd(0)为起点,并循环执行以下步骤2-5直至反应完成。

(1)活性钯的生成 :Pd(OAc)2 与各种膦配体结合,生成具有活性的 Pd(0) 复合物,膦越缺电子,还原速度越快。在没有配体参与的Heck反应中,底物烯烃和胺类碱也可以作为还原剂。

(2)氧化加成:首先是催化活性物种零价钯对卤化物的氧化加成(Oxidative addition),RX {R 为烯基或芳基,X=碘(I) > 三氟甲磺酸(TfO) > 溴(Br) >> 氯(Cl)}与 Pd0L2 的加成,形成 PdⅡ配合物中间体。

(3)配位插入:接着是二价钯物种对烯烃双键的插入反应 (Cordination-insertion),烯键插入 Pd-R 键的过程。此步是 Mizoroki-Heck 反应区域选择性的根源。

(4)β-氢化物消除:通过β-H顺式消除后得到反式产物。为了实现这一步骤,插入复合物需要通过分子内旋转达到一个特定的构型,使得β-氢与钯(II)中心呈顺式排列。从而促进β-氢消除反应,形成重构的烯烃和钯氢化物。

(5)催化循环:在碱的作用下,Pd(II)发生还原消除反应,转化为零价钯(0),完成催化循环。Pd(0)继续参与下一轮的氧化加成反应。

人名反应——Heck偶联反应

图片来源:摩熵化学

反应类型

-分子内的反应

1.生成烯基取代的反应

这类反应主要用于生成环外双键,而环外双键的合成在化学合成中一直是一个挑战。若是该反应成功应用,将具有重大意义。

2.形成季碳中心的反应

该反应是Heck 反应应用的核心,自20世纪80年代初研究以来得到了广泛的应用。1989 年,Shibasaki 和 Overman首先报道不对称 Heck 反应。(J.Org.Chem,1989,54,4738)

3.多烯环化反应与不对称合成反应

分子内 Heck 反应形成的多烯大环化合物(大于13)。Zeigler 利用 Heck 反应则成功合成十六元环的大环多烯化合物。(Zeigler,F,Tetrahedron,1981,37,4035)

-分子间的反应

端基烯烃与卤代芳香烃之间的分子间Heck反应,是最早被研究的一类反应。这类反应已经成为芳烃烷基化重要反应。

反应示例

(1)yield:91%.With palladium diacetate; triethylamine; tris-(o-tolyl)phosphine; Heating

人名反应——Heck偶联反应

图片来源:摩熵化学

Tetrahedron, 2002 , vol. 58, # 23 p. 4629 - 4642(10.1016/S0040-4020(02)00369-1)

(2)yield:99%.With C64H52N6O6Pd2; sodium acetate in N,N-dimethyl-formamide; T=140°C; 20 h; Inert atmosphere

人名反应——Heck偶联反应

图片来源:摩熵化学

Synthesis, 2008 , # 17 p. 2819 - 2824(10.1055/s-2008-1067199)

(3)yield:99%.With potassium carbonate;

Pd(Cl){2-{OC(Ph)=CH}-6-(3,5-Me2C3HN2)C5H3N}

in 1-methyl-pyrrolidin-2-one; 12 h; Heating

人名反应——Heck偶联反应

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