Overview
资料来源: 加州大学欧文分校化学系 Vy 先生和 Faben
这个实验将证明钯催化的交叉耦合的概念。对典型的钯催化交联反应的建立进行了说明。钯催化的交叉耦合反应对合成化学家如何创造分子产生了深远的影响。这些反应使化学家能够以新的、更有效的方式构建债券。这种反应在精细化工和制药工业中得到广泛应用。钯催化的交叉耦合反应增加了化学家工具箱中的另一个工具, 用于构建碳碳键, 这是有机化学的核心。碳碳键的重要性和钯催化的交叉耦合的影响的结合已经导致这些反应成为2010诺贝尔化学奖的主题。根, 2010 诺贝尔化学奖得主之一, 在他的诺贝尔演讲中解释说, 他开发这种化学的动机之一是开发 "广泛适用的简单的乐高像方法挂钩两个不同的有机组织 "。
Principles
钯催化的交叉耦合反应包括亲 (通常是 organohalide)、核 (通常是金属有机化合物或烯烃) 和钯催化剂。无论使用的亲或核, 所有钯催化交叉耦合依赖于 pd 催化剂激活和合并两个合作伙伴。一般而言, Pd (0) 物种与 organohalide 通过氧化添加形成一个有机物种 (RPdX) 的反应。这种有机的物种, 然后与亲核伙伴的反应产生一个新的有机物种, 并最终构建一个新的碳碳键。根据亲核伙伴, Pd 催化的交叉耦合给出一个特定的名称 (参见下面的表 1 )。
| 核 | 反应名称 |
| 有机 | 铃木 |
| Organostannane | 斯蒂莱 |
| 有机 | 根 |
| Organomagnesium (氏试剂) | Kumada |
| 有机 | 山 |
| 烯烃/烯烃 | 到底 |
| 炔烃 | Sonogashira |
表 1: 钯催化的交联反应名称及其亲核伙伴名单。
有两个一般机制与这些钯催化剂交叉耦合。一个为赫克反应, 一个为其他交叉耦合反应。总的来说, 赫克反应夫妇的烯烃与 organohalide, 以产生一个现在更取代烯烃 (图 1)。一个赫克反应的第一步是相同的所有其他钯催化交叉耦合。开始, 氧化添加发生在 Pd (0)-催化剂和 organohalide 产生有机 (II) 物种之间。接下来, 对这一新形成的有机 (II) 物种的烯烃坐标。在烯烃协调后, carbopalladation 产生了一种新的碳碳和碳钯键。其次, β-氢化物消除发生产生钯 (II)-氢化物种类和烯烃产品。最后, 还原消除的黄嘌呤再生钯 (0)-催化剂, 它可以继续耦合到另一个分子的 organohalide 和烯烃。
图 1: 赫克反应夫妇的烯烃与 organohalide, 以产生一个现在更取代烯烃。
对于剩余的交叉耦合反应, 该机制如下 (图 2)。organohalide 与 Pd (0) 催化剂之间的氧化作用导致了有机 (II) 种的形成。这种有机 (ii) 物种与亲核金属有机化合物的反应, 在一个步骤称为转移产生一个有机 (ii) 物种与两个碳钯键。最后, 还原消除产生新的碳碳键和再生钯 (0) 催化剂。
图 2: 剩余交联反应的机理。
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Procedure
- 添加 4--4'-(246 毫克, 1 当量, 1 摩尔), 丙烯酸 (100 μ l, 1.5 当量, 1.5 摩尔), 碳酸钠 (Na2CO3, 318 毫克, 3 当量, 3 摩尔), PdCl2 (2 毫克, 0.01 当量, 0.01 摩尔), 水 (5 毫升, 0.2 米) 到圆底烧瓶 (〜20毫升) 配备了磁性搅拌棒。
- 加热反应到大约100° c 并且搅动直到 4--4'-(大约 1 h) 的完全消耗量。
- 该反应可通过 TLC 进行监测。
- 冷却反应混合物到室温后完成。
- 酸化反应混合物与 1 M 水盐酸到〜 pH 值为1。
- 反应混合物的 pH 值可以用试纸检验。
- 固体应该沉淀。
- 通过过滤收集固体。
- 用1:1 的甲醇/水混合物对原油进行再结晶提纯。
钯催化的交叉反应是创造新碳碳键的宝贵工具。
它们的发展使化学家能够从烃类碎片中构建复杂的有机化合物, 它们在精细化学和制药工业中的应用已变得广泛。
他们对有机化学的影响如此深远, 以至于他们成为2010诺贝尔化学奖的主题。
这段视频将说明钯催化的交叉耦合反应的原理, 以及在实验室的技术演示。
在这些类型的反应, 钯催化剂是用来促进核, 这是典型的有机金属化合物, 核, 这通常是一个 organohalide
Pd (0) 物种与 organohalide 的反应, 通过氧化添加形成一个有机两个物种, 然后与核的反应, 形成一个新的碳碳键。
所有这些反应, 除了赫克耦合, 遵循相同的机制: 继氧化添加形成一个有机两个物种, 一个 transmetallation 步骤与有机金属核发生, 形成一个新的物种与两个碳钯键。最后, 还原消除产生新的碳碳键和再生钯零催化剂, 这可以继续与另一核和亲。
在赫克耦合反应中, 有机两种与先前的偶联反应相似, 但相对于 transmetallation 步骤, 在钯二种形成一个与烯烃的复合体的过程中, 发生了一个协调步骤。在协调步骤之后, carbopalladation 产生了一种新的碳碳和碳钯键。其次, β-氢化物消除产生所需的取代烯烃和钯两个氢化物种类, 它进行还原消除, 以再生钯零催化剂。
现在, 我们已经讨论了钯催化交叉反应的原理, 让我们来看看一个典型的赫克耦合过程。
为了合成α, β-不饱和羧酸, 我们将反应 4--4'-和丙烯酸在存在的钯催化剂。首先用苯乙酮、丙烯酸、钯二氯化物填充20毫升圆形底烧瓶, 用5毫升水稀释。然后加入碳酸钠, 将催化剂还原为钯零, 并加入磁性搅拌棒搅拌
在将试剂加入烧瓶后, 搅拌其含量, 并将反应加热到回流
用薄层色谱或 TLC 法监测反应的进展, 确保苯乙酮的完全消耗。
一旦反应完成, 从加热源中取出烧瓶, 让混合物冷却到室温。
一旦混合物冷却, 酸化到 ph 值1与1摩尔水 HCl, 监测 ph 值的纸, 和耦合产品应沉淀从解决方案。
在混合物酸化后, 将内容倒入 chner 漏斗上, 用滤纸覆盖, 并通过真空过滤收集固体。
为了验证耦合产物的结构, 在0.5 毫升的 DMSO-d6 中溶解2毫克的干物质, 并进行核磁共振分析。
现在, 我们已经看到了一个例子实验室程序, 让我们看看一些有用的应用钯催化交叉反应。
制药化合物制造的一个主要要求是最小的毒性和可燃性, 并在过程中的最大稳定性。铃木偶联反应条件相当安全, 这种反应在过程化学中得到广泛的应用, 如在合成 crizotinib, 一种肺癌药物, 从芳基溴和硼酸酯。
紫杉醇是一种具有抗癌性质的天然产物, 在太平洋红豆杉的树皮中被发现, 它是一种短。不幸的是, 只有10克的纯化合物可以收集每1.2 吨的树皮。在临床上需要的紫杉醇的数量需要开发一个有效的化学合成, 和一个分子间赫克耦合反应是有助于其 large-scale 生产。
你刚刚看了朱庇特的介绍钯催化交叉反应。你现在应该了解他们背后的原则, 如何进行实验, 以及他们的一些用途。谢谢收看!
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Results
该产品应该是一个固体与以下的1H 核磁共振波谱: 1H NMR (400 MHz, 亚砜-d6): δ (ppm) 2.60 (s, 3H), 6.67 (d, J = 16.0 Hz, 1H), 7.65 (d, J = 16.0 hz, 1H)。7.83 (d, J = 8.4 赫兹, 2H)。7.97 (d, J = 8.4 赫兹, 2H)。
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Applications and Summary
这些钯催化的交叉耦合反应改变了分子在学术和工业环境中合成的方式。这种技术的影响可以从化学家如何构建复杂的制药、农药和材料结构中看出。除了钯催化的交叉耦合, 过渡金属催化已经改变 (并继续改变) 的方式合成化学家准备分子, 可以对社会的影响, 通过其潜在的治疗使用。
许多治疗疾病的分子都有连接芳香或杂环化合物环的联系。钯的交叉耦合反应, 如铃木反应, 已发现广泛应用于制药行业, 使这些类型的结构。例如, Crizotinib (Xalkori) 是一种用于治疗非小细胞肺癌的抗癌药物, 它是用铃木联轴器在几公斤级上合成的。
图 3: Crizotinib (Xalkori), 一种抗癌药物。
钯交叉联轴器也适用于合成紫杉醇 (抗癌药物)、伐 (一种反吸烟药物) 和高性能电子树脂前体。
图 4: 紫杉醇 (抗癌药物)、伐 (一种反吸烟药物) 和高性能电子树脂前体。
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