鈀在有機合成中的應用

1、鈀在有機合成中的應用摘要：鈀在有機合成中有著非常廣泛的應用，一般情況下作為催化劑在有機合成反應中發(fā)揮作用。而今，不斷地有新的關于鈀的催化作用的學術成果被發(fā)現(xiàn)和研究出來，比如2010年和Nobel化學獎就授予給了兩位發(fā)現(xiàn)在鈀催化交叉偶聯(lián)反應研究中做出突出貢獻的化學家。本文簡要介紹鈀催化偶聯(lián)反應和鈀絡合物在有機合成中的應用。關鍵詞：鈀，偶聯(lián)反應，絡合物，催化The Application Of Palladium In Organic SynthesisAbstract: Palladium have wide application in organic synthesis, it is oft

2、en used as catalyst. Nowadays, more and more academic achievements have been working out, the Nobel Prize of chemistry in 2010 was awarded to two chemists who had done much contribution to the research of the coupling reaction catalyzed by palladium. The coupling reaction catalyzed by palladium and

3、the application of coordination compound of palladium in organic synthesis are summarized briefly in this paper.Key Words: palladium, coupling reaction, coordination compound, catalyze一， 鈀催化偶聯(lián)反應鈀催化交叉偶聯(lián)反應是一類用于碳碳鍵形成的重要反應，在有機合成中應用十分廣泛。為制造有些復雜的有機材料，需要通過化學反應將碳原子集合在一起。但是碳原子在有機分子中與相鄰原子之間的化學鍵往往非常穩(wěn)定，不易與其他分子發(fā)

4、生化學反應。以往的方法雖然能令碳原子更加活躍，但是，過于活躍的碳原子卻又會產生大量副產物。而用鈀作為催化劑則可以解決這個問題。鈀原子就像“媒人”一樣，把不同的碳原子吸引到自己身邊，使碳原子之間的距離變得很近，容易結合也就是“偶聯(lián)”。這樣的反應不需要把碳原子激活到很活躍的程度，副產物比較少，因此更加精確而高效。如今“鈀催化交叉偶聯(lián)反應”被應用于許多物質的合成研究和工業(yè)化生產。例如合成抗癌藥物紫杉醇和抗炎癥藥物萘普生，以及有機分子中一個體格特別巨大的成員水螅毒素。科學家還嘗試用這些方法改造一種抗生素萬古霉素的分子，用來滅有超強抗藥性的細菌。此外，利用這些方法合成的一些有機材料能夠發(fā)光，可用于制造只

5、有幾毫米厚、像塑料薄膜一樣的顯示器?？茖W界一些人士表示，依托“鈀催化交叉偶聯(lián)反應”，一大批新藥和工業(yè)新材料應運而生。諾貝爾化學獎委員會主席拉爾斯·哲蘭德說 ：“有人告訴我說，目前25的合成藥品都由這三種反應中的一種制成，因此，他們的發(fā)明對制藥工業(yè)具有舉足輕重的影響。鈀具有非常神奇的屬性，它可以讓兩個不同的碳原子連接在一起，使得它們更靠近并且在非常溫和的環(huán)境下就能發(fā)生反應?！?.1 Heck反應在Heek反應中，以鈀為催化劑，鈀首先與含有鹵原子（如氯原子）的鹵代烴結合，然后再與含有碳碳雙鍵的烯烴結合 。Heek利用芳基鹵化物與Pd（0）生成芳基鈀鹵化物的反應制備了偶聯(lián)反應所需要的芳基鈀

6、鹵化物，由此，以鈀為催化劑，完成了烯烴的芳基化反應 。Heck反應及其機理如今，Heck反應已被用于100多種不同的天然產物和生物活性物質的合成。例如，通過分子內的Heck反應，構建了嗎啡的分子骨架，其產物經過若干步反應后轉變?yōu)閱岱?。Heck反應用于天然物嗎啡的合成1.2 Negishi反應1977年，Negishi以有機鋅化合物作為鈀催化偶聯(lián)反應的親核試劑，使用有機鋅化合物代替烯烴分子后，碳原子變得更加的不活潑，但是，鋅原子可以幫助碳原子與鈀原子結合，隨后，當與鈀原子結合的碳原子遇到另一個碳原子時，它們很容易發(fā)生偶聯(lián)反應。Negishi反應Negjshi反應同樣被經常用于天然物的合成。例如，

7、合成來自于海洋中的天然抗病毒物質 hennoxazole A。1.3Suzuki反應在堿存在條件下，有機硼化合物與乙烯基鹵化物和芳基鹵化物的反應，該反應被稱之為Suzuki反應。Suzuki反應抗腫瘤劑(十)一Dynemicin A的合成關鍵步驟采用了Suzuki反應。Suzuki反應用于抗腫瘤劑(+)一dynemicin A的合成可以看出，鈀催化交叉偶聯(lián)反應在現(xiàn)代精細化工尤其是醫(yī)藥行業(yè)有著非常廣泛的應用，也使其將為人類的健康做出更大的貢獻。二鈀絡合物在有機合成中的運用隨著過渡金屬化學的發(fā)展，鈀絡合物在有機合成中的應用日趨廣泛。由于鈀具有未填滿的4d軌道，可以與多種組分配位，從而改變原化合物的

8、化學性質，使其可以進行原來不能發(fā)生的化學反應。若改變配位體及反應物的組合，則可發(fā)生多種多樣的新反應。鈀的正電性較小，易于還原成為零價態(tài)，因此容易發(fā)生鈀催化的有機反應，而且這些化學反應具有反應條件溫和，化學選擇性和立體選擇性較高的特點。2.1 鈀絡合物與親核試劑發(fā)生反應烯烴與二價鈀形成-絡合物后，雙鍵有原來的富電子變?yōu)槿彪娮?，易收到親核試劑的進攻，生成-鈀絡合物中間體，后者通常很不穩(wěn)定，很快脫鈀生成產物。近年來，該反應被廣泛應用到雜環(huán)化合物的合成中。鈀絡合物應用于雜環(huán)化合物的合成2.2 鈀絡合物與C-O鍵的反應鈀催化羰基是合成酯，酰胺，醛和酮等化合物的重要反應。反應中首先生成鈀的絡合物中間體，后

9、者在與CO反應生成產物。2.21有機汞化合物容易轉變成鈀絡合物而發(fā)生羰基化反應。2.22鈀催化烯烴的羰基化反應，主要發(fā)生在取代較少的雙鍵碳上。2.3 鈀絡合物與C-X鍵的氧化加成2.31鈀與碳-鹵鍵的氧化加成是形成鈀絡合物的重要方法。2.32鈀催化下氟烷基碘可以與烯烴及炔烴發(fā)生加成反應。2.33在鈀（+2）絡合物催化下碘代苯與CO和Ca(OH)2水溶液發(fā)生反應生成-羥基苯乙酸，而且產率較高。2.4 鈀絡合物與C-H鍵的氧化加成2.41 在醋酸鈀的催化下，苯和苯乙烯可發(fā)生烯基化反應生成二苯乙烯。2.42 在鈀（0）絡合物的催化下，萘與CO生成萘甲酸。2.43 在鈀（+2）絡合物的催化下，苯乙烯和

10、CO以及醇可以發(fā)生氫酯化反應，優(yōu)先生成-苯丙酸酯。2.44 在鈀（0）絡合物的催化下，酯醛可以發(fā)生脫羰基反應生成烯烴，烷烴，CO和氫氣。2.45 在PbCl2的催化下，烯醇負離子可以與丙烯發(fā)生烯丙基氫化反應。2.5 鈀的絡合物與C-O鍵的氧化加成2.51鈀與酯的氧化加成，可以是烷氧鍵斷裂，也可以是酰氧鍵斷裂。2.52烯丙基苯基醚易與鈀（+2）發(fā)生氧化加成反應生成烯基鈀絡合物，繼而發(fā)生還原消除，是合成共軛雙烯的簡便方法。2.53 1,3雙烯單環(huán)氧化物可以看成是具有烯丙基醚的結構，它可以與鈀反應生成烯丙基鈀絡合物。巨蝶性誘素的合成就應用了上述的反應。2.6 鈀絡合物與N-H鍵，O-H鍵的氧化加成反

11、應含O-H，N-H鍵的化合物可以與鈀發(fā)生加成反應氧化加成反應。例如鹵代烯丙醇在鈀的催化下，加入CO而生成，-不飽和酸-內酯的反應。反應機理為：2.7鈀催化下以甲酸鹽為還原劑的一些反應甲酸及其鹽是一種廉價的還原劑，在鈀艟化下是一個氫原子源，不僅用于上述-酮酸烯丙酯的氫解，而且還用于二烯、乙炔、-不飽和基化合物、硝基化臺物、腈和芳香鹵化物的還原以及醋酸烯丙酯轉變?yōu)楸┑姆磻?。2.71氨基和羧基的保護氨基甲酸烯丙酯是很活潑的化合物，在鈀的催化下下，用過量的甲酸鹽還原可釋放出游離的胺。不僅對伯胺，而且對體積較大的仲胺也適用，條件溫和，產率高。同樣，在鈀催化下用甲酸鹽還原羧酸烯丙酯可以方便地得到羧酸。

12、由此可見，利用該類反應在有機合成中可用來保護胺基和羧基與通常用氫解的方法除去胺基，羧基的保護基一芐基比較要優(yōu)越得多。2.72 芳、烯、炔類化合物的甲酸鹽還原反應在鈀催化下的甲酸鹽還原體系中，用烯丙基化合物，可以方便，有選擇地 得到未端烯烴。其中X為OAc、OPh、OC-CH等。在同樣的催化還原體系中，碳酸炔丙酯可氫解得到1，2一二烯烴，然后提 高反應溫度轉化為未端浠烴。利用甲酸鹽在鈀催化下還可使相應芳酯還原為芳烴。例如鈀催化烯丙基環(huán)化合物與甲酸的反應已用于天然化合物的合成。用4-羥基丁炔酸鹽在甲酸鹽體系中用鈀進行催化反應，較高產率地得到丁烯羥酸內酯。利用炔烴可以插入芳基碳-鈀鍵，在上面的反應中

13、加入等當量的芳基碘化物，就可得到有芳基取代的丁烯羥酸內酯。鈀絡合物在有機臺成中獲得越來越多的應用，對它進行廣泛的開發(fā)和利用有著廣闊的前景。2.8 鈀催化-酮酸烯丙酯的反應在鈀催化的有機臺成反應中，許多反應是屬于烯丙基化合物進行的反應。 反應通常是-烯丙基化合物中間體進行，然后再生成碳-碳鍵，在有機合成 中具有廣泛的應用。碳酸烯丙酯和酮酸烯丙酯是十分活潑的底物。在溫和條件下，特別是中性條件下，可進行許多反應。在 Pd(O)存在下，這些烯丙基底物先對鈀進行氧化加成，然后脫羧生成-烯丙基鈀絡合物中間體，繼而再進行反應。2.81脫羧-烯丙基化反應在鈀-膦催化劑的作用下，-酮酸烯丙脫羧產生-烯丙基酮。在

14、反應中，雙鍵的構型保持不變。如果不用催化荊，在 l70200才能發(fā)生反應。2.82 -酮酸烯丙基酯的氫解-酮酸烯丙醐可以利用碳酸二烯丙酯或氯代甲酸烯丙酯和相應的酮反應獲得。它與弱堿如K2CO作用，發(fā)生烴基化或 Michael加成反應，然后在溫和條件下利用鈀催化下的甲酸鹽作用，除去烯丙基和二氧化碳，高產率的得到取代的酮。2.9 鈀催化雙羰基化反應人們早已熟可由-酮酸合成-氨基酸，只是缺少合成-酮酸的一般途徑。因此鈀催化下的鹵代烴的雙羰基化為-氨基酸的合成提供了一條方便的途徑。其次，-酮酸氫化產生-羥基酸。與仲胺相比，反應速度要慢得多，需要較高壓力的一氧化碳。雙羰基化反應的另一個重要意義在于反應機

15、理的研究。根據(jù)反應產物的推測，有兩種可能的反應途徑。途徑A是第兩份一氧化碳插入?；?金屬鍵生成中間體 (二次插入)，再被 親胺試劑（R2NH 或ROH)進攻得到產物）。途徑B是親核試劑直接進攻與金屬配位的第二份一氧化碳，再還原消除得到產物。小結過渡金屬鈀在有機合成中有著非常廣泛的應用，而且其應用領域涉及范圍非常廣，其中一部分與人類的生活息息相關，特別是在醫(yī)藥領域的應用?，F(xiàn)在，關于鈀的學術研究仍在進行，相關科學技術仍在快速發(fā)展，鈀在有機合成中的應用的前景非常廣闊。參考文獻：1王大奇.有機鈀絡合物在有機合成中的應用. 化學試劑. 1989,l1,02. 92,982王光;楊明召. 一個有機合成精致

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