钴催化交叉偶联反应

钴催化交叉偶联反应目录1、前言2、自身偶联反应3、Csp2—Csp2交叉偶联反应3.1链烯基化作用3.1.1源于芳香族有机镁试剂3.1.2源于乙烯基格氏试剂3.1.3源于芳基卤化物和烯基乙酸酯3.2芳基—芳基交叉偶联反应3.2.1源于芳香族有机金属试剂3.2.2源于两个芳香卤化物4、Csp2—Csp3交叉偶联反应4.1链烯基化作用4.1.1源于脂肪族有机金属试剂4.1.2源于脂肪卤化物4.2芳基化作用4.2.1源于脂肪族卤化物4.2.2源于芳香族卤化物4.3芳香族有机金属烯丙基化作用5、炔基化作用5.1前人成就5.2炔基格氏试剂卞化作用5.3炔基格氏试剂烷基化作用5.4炔基格氏试剂烯基化作用6、Csp3—Csp3交叉偶联6.1烯丙基化作用6.1.1脂肪族金属化合物的烯丙基化6.1.2烯丙基格氏试剂烷基化6.1.3（三甲基硅基）甲基氯化镁烯丙基化6.1.4烯丙基格氏试剂烯丙基化6.2卞化作用6.3烷化作用7、酰化作用7.1源于有机金属化合物7.2芳基溴化物钴介导酰化作用8、还原性环化和Heck-Type反应8.1自由基环化反应8.1.1分子内自由基环化反应8.1.2分子间自由基加成环化反应8.2钴催化Heck-Type反应9、杂化反应9.1钴介导Michael加成反应9.21,3-二羰基化合物的烯丙基化9.3C-H键的激活：C-N偶联反应9.4三组分反应9.4.1β-乙酰氨基酮合成9.4.2Homooallylsilanes的合成9.5烯烃和炔烃的偶联反应9.6多组分反应10、结论11、感谢信12、参考文献1、前言自从20世纪中期，Kharasch对芳香族格氏试剂（见2）催化自身偶联反应研究后，钴催化碳-碳键形成的反应备受关注。这些反应的过程与耙、镍介导的反应不同。钴催化交叉偶联反应对Csp2—Csp2键的形成非常有效（见第2节），特别是涉及到卤烃类的偶联，因为当在耙、镍催化反应下，烷基-钴中间体中β氢消除是无限制进行的（见第3,4,5节）。本文也涉及了钴介导酰基化反应、自由基环化反应和Heck-type反应（见第6,7节）。所有这些反应都将在下文讨论。值得注意的是，钴盐已经被广泛用于Pauson-Khand反应、羰基化反应、环丙烷化反应、以及[2+2+2]和[2+2]环化反应中的催化剂。这些反应在这里就不进行讨论了。2、自身偶联反应对钴催化交叉偶联反应的第一篇报道是描述格氏试剂的自身偶联反应。1939年，Gilman和Lichtenwalter几乎能定量获得的自身偶联产品，他们是用芳香族格氏试剂和一定化学量的氯化钴作催化剂。1941年，Kharasch发现自身偶联反应仅仅通过使用一定催化剂量氯化钴（如3mol）和一定化学量的氧化剂，比如芳香族卤化物和脂肪族卤化物（表1）就可以得到很好的产量，。后者的作用是将0价钴氧化为2价钴，再进行还原消除反应。20年后，即1962年，Morizur运用Kharach反应合成各种联芳化合物。收率明显低于Kharasch先前所报道产率。通过使用溴丁烷（方案2）或溴苯（表1）做氧化剂，所获得的产率与Kharasch的几乎相同。应该强调的是，芳基锂和芳基镁化合物也能获得类似的产量（表1）有趣的是，苄基和单取代苄基格氏试剂也可以使用（表1）方案1Kharasch反应方案2芳香族格氏试剂钴催化自身偶联反应3、Csp2—Csp2交叉偶联反应3.1链烯基化作用3.1.1源于芳香族有机镁试剂1943年，Kharasch描述了第一个芳香族格氏试剂钴催化烯基化作用。（表2）活泼的乙烯基卤化物和1-丙烯基卤化物有较高的产率（表2，1-3），然而具有空间位阻和多个取代的卤代烯烃的产率却很低。通过链烯基卤化物和芳基格氏试剂可以获得大量的自身偶合产物（表2，4-6）。这个反应的利用价值受到限制，因为即使在最好的情况下，也需要2倍烯基卤化物的使用量。1982年，Uemura发表了有关交叉偶联反应的论文，他在钴催化的条件下使芳基格氏试剂和烯基碲化物进行反应（方案3）收率是定量的，但格氏试剂要大量过量（2.5倍）。值得强调的是，反应过程中产生大量自身偶联副产物（如联芳）。这是个很大的缺点，因为最终产物的纯化很难。1998年，Cahiez重新做了芳香族格氏试剂钴催化烯基化反应。他使用THF/NMP作溶剂，大大提高了产率（表3）。被应用于各种烯基卤化物立体专一性选择反应，获得很好的收率（表3,1-5）最近，Hayashi将烯基三府甲磺酸酯和芳基格氏试剂在钴催化下进行偶联反应。反应在温和的条件下进行（方案4）。实验中不需要NMP，但需要PPH3作为配位剂。这个方法可以作为先前使用烯基溴化物方法的一个补充，因为乙烯三氟甲磺酸比较容易制备相应的酮。3.1.2源于乙烯基格氏试剂直到目前，关于钴催化烯基-烯基交叉偶联反应仍然很少。1998年，Cahiez以一种卤代烯烃和一种烯基格氏试剂为原料进行钴催化交叉偶联反应（方案5），产率一般。但该反应涉及到立体选择性，能得到纯净的反式二烯烃。最近，Hayashi以烯基三氟甲磺酸酯和烯基格氏试剂为原料进行钴催化交叉偶联反应。可获得α-单取烯基格氏试剂和α,β或β,β-双取代烯基格氏试剂，而且产率较高（方案6）。3.1.3源于芳基卤化物和烯基乙酸酯2005年，Perichon报道了在钴催化下官能化卤代芳烃和烯基乙酸酯间进行偶联反应。唯一一个例子是，在溴化钴（5%）和猛（10当量）的催化下进行烯醇酯芳基化（表4）。获得很好的收率，氯代芳烃和溴代芳烃产率相似（表4,1-6）。但是，在某些情况下，氯代芳烃可以获得更好的产率（2-或4-卤代氰苯，7-8,13-14）。碘代芳烃如4-碘代苯甲醚和4-碘代苯甲酸乙酯不适合做底物，因为它们会产生自身偶联反应，从而降低产品收率。这个反应被用于吡啶类卤代物（方案7）。该反应的反应机理（方案8）是：首先，在吡啶溶剂中，2价的钴被锰还原为1价或0价。在之前的工作中，Perichon认为在乙腈/吡啶混合物中，1价的钴被乙烯酸酯稳定。低价态的钴可能与乙烯酸酯形成了络合物。然后加入氧化剂卤代芳烃，从而产生“芳烃-钴”。这种物质可能再与乙烯酸酯反应，产生一个六元过渡态[A]。在还原消除后，钴被过量的0价锰还原，重新产生活性钴。3.2芳基—芳基交叉偶联反应3.2.1源于芳香族有机金属试剂1983年，Uemura报道在钴盐催化下碲化二芳烃和芳族有机镁试剂间交叉偶联反应（方案9）。在反应过程中产生大量格氏试剂自身偶联产物，且最后产品的纯化也非常困难，故此反应的产率较低。2003年，Knochel和Cahieez报道了碲化二芳烃和芳基或杂芳基卤代镁间的交叉偶联反应（方案10）。在多数情况下，该反应的产率很高。值得注意的是，空间位阻对该反应的影响不是很大，所以2,4,6-三甲基苯基氯代镁和1-氯代异喹啉偶联反应产率高达85%，格氏试剂要过量一倍是必须的。有趣的是，对于这个反应钴和铁粉是非常合适的催化剂（方案11）。一年后，Oshima报道了一个类似的反应。他不是使用乙醚和氯化钴（方案10），而是乙酰丙酮钴（Ⅱ）和二噁烷。收率相当，但需要3倍苯基溴化镁的量，使用的催化剂要2倍还多。上述的反应都是使用杂环芳烃或被活化的卤代芳烃。最近，Nakamura报道了非活化芳基氯代物或杂芳基溴代物和芳基格氏试剂钴催化交叉偶联反应（方案12）它是在氟化钴和NHC试剂中进行的。后来，Knochel报道了多功能的芳基或杂芳基铜氰酸盐ArCu(CN)MgCl和邻-溴或邻-氯芳酮类、酯类或醛类在钴催化下可以进行化学选择性偶合反应。很多多功能的联芳都能通过这种方法合成得到。例子见方案13。为了在开始时使卤化物完全反应，应该在Bu4NI（1倍）、4-氟苯乙烯（20mol）和大量过量的苯氰铜化物下进行偶联反应。使用THF/DME/DMPU混合溶剂来代替THF，可以大大加速反应速度，使反应时间由原先的21h缩短为15min。当活化的羰基在间位或对位时，反应产率明显下降（方案14）。该反应也可以应用于杂芳基铜氰酸盐（方案15）这个反应的应用范围扩到了邻-氟芳酮类、酯类和醛类（方案16）。相应的甲苯磺酸酯也能成功应用于此反应。值得注意的是，虽然能获得很好的收率，但目前对于氟代芳烃和甲苯磺酸酯在金属催化剂下进行交叉偶联反应的报道仍然很少。对于五氟二苯甲酮，邻位上的两个氟原子可以被选择性的取代（方案17）。但产率一般，而且需要大量的苯基氰铜化物（6倍）3.2.2源于两个芳香卤化物最近，Gosmini通过两个卤代芳烃ArX和ArX’在钴的催化下偶联合成不对称的联芳化合物（方案18）。为了获得满意的交叉偶联产物，需要过量的活性卤代芳烃（2倍）。碘代、溴代和氯代芳烃产率相似（表5）。有趣的是，芳基三氟甲磺酸酯也可成功应用于此反应（表5,项7）。应该强调的是，在此反应过程中，会产生大量自身偶联产物，这是个缺点，因为对与最终产品的分离很困难。4、Csp2—Csp3交叉偶联反应4.1链烯基化作用4.1.1源于脂肪族有机金属试剂1945年，Kharasch报道在氯化钴的催化下甲基碘化镁和β-溴苯乙烯间偶联反应，获得很好的产率（方案19）。然而，此方法仅限于非常活泼的β-溴苯乙烯，而且需2倍量的格氏试剂。1998年，Cahiez发现使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）作共溶剂，可以大大改进该反应（方案20，也可见第3.1节），产物收率有明显的提高，而且只需要1.1倍的格氏试剂。碘、溴和氯代烯烃都可以获得较高产率的交叉偶联产物（方案21）。更重要的是，该反应具有立体选择性（方案21）。该反应已被应用于各种烯烃菌素类化合物的合成（表6）。通过一级（表6，项1-3）或二级（项4-5）脂肪族格氏试剂与各种溴代烯烃偶联能得到很好的产率。但对于三级脂肪族格氏试剂产率就很低了（项6）。该反应具有高度的化学选择性，因此，它不与酯基甚至酮基反应（方案22）。最后，应该强调的是，（E）-1,2二氯乙烯反应只能得到相应的（E）-烯基氯代物。同时，观察到两个氯只有一个被取代（方案23）。这与铁催化剂具有明显的不同，因此，可以应用到双取代物上。后来Cahiez和Knoche将此反应应用于烷基锌卤代物上。这些试剂的活性低于相应的有机镁卤代物，而且在较高的温度下（55℃，4-8h）缓慢进行。此外需要20-30mol的催化剂和大量过量的有机锌卤代物（3倍量）。在反应中，使用格氏试剂，具有化学选择性和立体选择性。故交叉偶联产物往往能得到很好的产率（方案24）。值得注意的是，芳基有机锌卤化物和碘代烯烃可以进行偶联（方案25）。据报道，各种甲烷硅格氏试剂与1,2-双取代乙烯也可以进行偶联反应（表7）。使用（三甲基硅基）甲基氯化镁（表7，项1,3）和（三苯基硅基）甲基氯化镁（表7，项2）能得到很高的产率。据先前Cahiez报道知，产物中没有双取代物。因此，可以通过立体异构性的差别区分（E）和（Z）-1,2双取代乙烯。故（E）和（Z）-1,2双取代乙烯的混合物与（三甲基硅基）甲基氯化镁反应，只得到（E）-1-乙烯溴代物（表7，项3）.后来，Oshima报道了卤代烯烃与（二甲基烷基硅基）甲基氯化镁间的偶联反应，且获得了很高的产率（表8）。α-或β-单取和β,β-双取代烯基碘代物、溴代物和氯代物都能获得很好的产率（项1-6），而α,β-双取代卤代物却产率很低（项7）。l4.1.2源于脂肪卤化物2006年，Oshima报道了溴代辛烷和苯乙烯基溴代镁在N,N,N’,N’-四甲基-环己二胺溶剂中，以氯化钴（5mol）为催化剂的反应（方案26）。同年，他报道了各种卤代烯烃和1-（三甲基硅烷基）乙烯基溴代镁在TMEDA溶剂中钴催化的偶联反应。而且产率比一级或二级卤代烯烃的产率要高，但是该反应需要大量的有机金属试剂（4倍），且只有特定的格氏试剂才能应用于此反应中（表9）。ε-碘代烯烃交叉偶联反应通过自由基环化作用形成幻化产物（方案10）。机理是Oshima提出的，见方案27。因此，通过此反应能合成多种杂环化合物，且有具有很高的产率。4.2芳基化作用4.2.1源于脂肪族卤化物第一个以Csp3为中心