金屬卡賓配合物在有機(jī)合成中的應(yīng)用-烯烴的環(huán)丙烷化反應(yīng)課件

金屬卡賓配合物在有機(jī)合成中的應(yīng)用

-----烯烴的環(huán)丙烷化反應(yīng)主講：主要內(nèi)容1.金屬卡賓2.烯烴的環(huán)丙烷化反應(yīng)a)分子間的環(huán)化反應(yīng)b)分子內(nèi)的環(huán)化反應(yīng)3.影響選擇性的因素4.小結(jié)Fischer型Schrock型自第一個(gè)金屬卡賓配合物合成以來，幾乎所有的過渡金屬元素的卡賓配合物均已合成出來。一般認(rèn)為卡賓碳原子把sp2雜化的孤對(duì)電子給金屬原子，金屬將d軌道電子反饋至卡賓碳原子的P空軌道，從而使金屬卡賓鍵得以穩(wěn)定。因而，我們可以將金屬或金屬配合物看作活潑卡賓的保護(hù)基，這種保護(hù)基在反應(yīng)可以脫除，因而金屬卡賓配合物可以作為游離卡賓的儲(chǔ)存體，提供不穩(wěn)定的，短壽命的分子。金屬卡賓金屬卡賓作為一種有用的試劑和反應(yīng)中間體，在有機(jī)天然產(chǎn)物的合成和均相催化中的作用的研究十分活躍，如在多肽合成中采用金屬卡賓配合物作為氨基的保護(hù)基已取得很好的效果，利用金屬卡賓與炔烴共環(huán)化合成維生素E與維生素K，可以得到無異構(gòu)化的產(chǎn)物，利用金屬卡賓還可以合成具有臨床效果的抗腫瘤藥物道諾霉素與阿霉素，其中尤以金屬卡賓作為中間體對(duì)烯烴環(huán)丙烷化的催化作用的研究最為引人注目，銅配合物催化劑作為卡賓轉(zhuǎn)移試劑催化烯烴的環(huán)丙化已用于工業(yè)生產(chǎn)。金屬卡賓的應(yīng)用烯烴的環(huán)丙烷化反應(yīng)早期的烯烴環(huán)丙烷化反應(yīng)采用Cu粉為催化劑，但存在反應(yīng)條件苛刻，反應(yīng)溫度高等缺點(diǎn)。之后，人們開發(fā)金屬卡賓配合物作為催化劑，不但可以提高其立體、區(qū)域及對(duì)映選擇性，而且可以大大提高產(chǎn)率，改善反應(yīng)條件。金屬卡賓催化劑與早期催化劑性能比較早在1955年，Pettit和Jolly就發(fā)現(xiàn)金屬卡賓配合物可以作為卡賓轉(zhuǎn)移試劑。在他們所發(fā)現(xiàn)的反應(yīng)（1）中，他們猜想中間產(chǎn)物可能是卡賓配合物。Fischer發(fā)現(xiàn)卡賓配合物(CO)5W=C(OMe)Ph與烯烴反應(yīng)生成環(huán)丙烷（2），并且證明在其中起作用的是金屬卡賓配合物整體。分子間的烯烴環(huán)化反應(yīng)分子間的烯烴環(huán)化反應(yīng)烯烴與過渡金屬卡賓配合物反應(yīng)生成的過渡金屬環(huán)丁烷中間體，如發(fā)生還原消除反應(yīng)，則得到環(huán)丙烷衍生物。雖然兩類過渡金屬卡賓配合物都可以發(fā)生這個(gè)反應(yīng)，但對(duì)于Fischer型卡賓配合物，只有高度活化或高純化的烯烴（如乙烯基醚或α,β不飽和酯），環(huán)丙烷化才能進(jìn)行。而對(duì)于Schrock型卡賓配合物則沒有這樣的限制，反應(yīng)只需要當(dāng)量的過渡金屬卡賓配合物。分子間的烯烴環(huán)化反應(yīng)Casey研究了Schrock型卡賓配合物的環(huán)丙烷化機(jī)理，發(fā)現(xiàn)對(duì)于(CO)5W=C(Ph)2等，只有當(dāng)反應(yīng)溫度高于CO從(CO)5W=C(Ph)2中解離的溫度時(shí)才可進(jìn)行，所以認(rèn)為在反應(yīng)中烯烴取代了CO配位，生成了卡賓-金屬-烯配合物中間體(如下式)。而另外一些卡賓配合物，如(CO)5W=CHPh等，具有很高的烯烴反應(yīng)活性，反應(yīng)可以在低于CO離解溫度下進(jìn)行，該歷程包含著直接的卡賓轉(zhuǎn)移而無需生成卡賓-金屬-烯三元配合物。

Yates等發(fā)現(xiàn)Cu、Rh、Co、Ru等低價(jià)的過渡金屬有機(jī)配合物能催化重氮化合物分解。根據(jù)Chauvin提出的[2+2]環(huán)加成機(jī)理，該中間體可與烯烴配位，生成四元金屬雜環(huán)中間體，經(jīng)過還原消除得到環(huán)丙烷衍生物及低價(jià)過渡金屬有機(jī)配合物。分子間的烯烴環(huán)化反應(yīng)

由于重氮化合物與烯烴都競(jìng)爭(zhēng)金屬卡賓（下式），因而適當(dāng)?shù)慕档椭氐衔镌隗w系中的比率可獲得較好的環(huán)丙烷化產(chǎn)率。如：1-甲基-環(huán)氧己烯在[Rh2(OAc)4]催化下與等量的重氮乙酸乙酯EDA(EtOOCCHN)2作用時(shí)，當(dāng)[EDA]/[Rh2(OAc)4]比為200，產(chǎn)率為80%；當(dāng)[EDA]/[Rh2(OAc)4]比為2000，產(chǎn)率降為60%。分子間的烯烴環(huán)化反應(yīng)

隨著科研工作的深入，一系列的新型的環(huán)丙烷化試劑也不斷被合成出來。其中Pd的乙酸鹽如Pd3(OAc)6等對(duì)催化端烯烴及α,β不飽和羰基化合物有很高的活性，但該催化劑對(duì)簡(jiǎn)單烯烴反而催化能力很弱。烯烴的反應(yīng)性隨催化劑的不同而不同。以Rh2(OAc)4為標(biāo)準(zhǔn)的情況下，烯烴的反應(yīng)性順序如下：乙烯基醚>苯乙烯>環(huán)戊烯>環(huán)己烯>1-己烯。分子間的烯烴環(huán)化反應(yīng)分子內(nèi)的環(huán)化反應(yīng)偶氮酯環(huán)丙基內(nèi)酯這類反應(yīng)中，金屬配合物MLn先與重氮鹽作用生成金屬卡賓中間體，然后金屬卡賓再與烯烴生成環(huán)丙烷。可溶性銅（Ⅱ）配合物

立體選擇性

影響環(huán)加成反應(yīng)的立體選擇性的因素多種多樣的，包括催化劑濃度，重氮化合物注入速度，重氮化合物與烯烴的物質(zhì)的量比率等等。金屬配合物MLn中配體L的電子效應(yīng)會(huì)影響金屬卡賓的穩(wěn)定性，以及烯烴在金屬上的配位，從而影響環(huán)丙烷化產(chǎn)物的立體分布。烯烴的結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)丙烷化產(chǎn)物的立體分布有一定的影響但不大，主要是烯烴上取代基的位阻效應(yīng)所致。此外，反應(yīng)溫度下降導(dǎo)致立體選擇性提高，但同時(shí)反應(yīng)速率大大下降。影響選擇性的因素

區(qū)域選擇性通過對(duì)多種二烯烴的研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)過渡態(tài)的不同電荷效應(yīng)對(duì)二烯烴的區(qū)域選擇性有很大影響。此外，位阻