偶聯反應,也寫作耦合反應偶合反應耦聯反應,是兩化學實體(或單位)結合生成一分子的有機化學反應。狹義的偶聯反應是涉及有機金屬催化劑的碳-碳鍵形成反應,根據類型的不同,又可分為交叉偶聯自身偶聯反應。在偶聯反應中有一類重要的反應,RM(R=有機片段;M=主基團中心)與R'X的有機鹵素化合物反應,形成有新碳-碳鍵的產物R-R'[1][2]

根岸英一鈴木章理查德·赫克開發鈀催化偶聯反應,貢獻突出,共同獲授2010年度諾貝爾化學獎[3][4]

偶聯反應大體可分為兩種類型:

  • 交叉偶聯反應:兩種不同片段連接成一分子,如溴苯(PhBr)與乙烯形成苯乙烯(PhCH=CH2)。
  • 自身偶聯反應:相同的兩片段形成一分子,如碘苯(PhI)自身形成聯苯(Ph-Ph)。

機理

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偶聯機理通常起始於有機鹵代烴和催化劑氧化加成;第二步是另一分子與其轉移金屬化,將待偶聯的兩分子接於同一金屬中心;最後一步是還原消除,待偶聯的兩分子結合在一起形成新分子並再生催化劑。不飽和的有機基團在加合一步速度更快,通常易於偶聯。中間體通常不傾向β-氫消除[5]

一項計算化學研究中表明,不飽和有機基團更易於在金屬中心偶聯。[6]還原消除的速率高低如下:

乙烯基-乙烯基>苯基-苯基>炔基-炔基>烷基-烷基

不對稱的R-R′形式偶聯反應,其活化能壘與反應能量與相應的對稱偶聯反應R-R與R′-R′的平均值相近,如:乙烯基-乙烯基>乙烯基-烷基>烷基-烷基。

另一種假說認為,水溶液偶聯反應其實是通過自由基機理,而不是金屬-參與機理。[7]

催化劑

偶聯反應最常用的金屬催化劑是催化劑,有時也用四(三苯基膦)鈀是常用的鈀催化劑。鈀催化的有機反應有許多優點,如:官能團的耐受性強,有機鈀化合物對空氣甚穩定。

如下一些關於鈷催化的偶聯反應的綜述[8],鈀[9][10][11][12][13]和鎳[14]介導的反應以及它們的用途[15][16]

離去基團

離去基團在有機偶聯反應常為三氟甲磺酰基。有機氯化物相對這些離去基團更廉價易得,故是較理想的離去基團。與之反應的有機金屬化合物還有

操作條件

雖然大多偶聯反應涉及的試劑都對水和空氣極其敏感,但不可認為所有有機偶聯反應需要絕對的無水無氧條件。有些有機鈀介導的反應就可在水溶液中,用三苯基膦和硫酸製備的磺化膦試劑反應。[7]總體來講,大多這類反應都藉不飽和金屬絡合物反應,而這些絡合物都不滿足18共價電子的穩定結構,故空氣中的氧氣能影響偶聯反應。

類型

常見偶聯反應有:

反應名稱 發現年代 反應物A 反應物B 類型 催化劑 備註
武茲反應(Wurtz reaction) 1855 R-X sp³ R-X sp³ 自身 以鈉消除反應物的鹵原子 Thumb
格拉澤偶聯反應(Glaser coupling) 1869 RC≡CH sp RC≡CH sp 自身 Cu 氧氣作H受體 Thumb
烏爾曼反應(Ullmann reaction) 1901 Ar-X sp² Ar-X sp² 自身 Cu 高溫 Thumb
岡伯格-巴克曼反應 1924 Ar-H sp² Ar-N2X sp² 自身 需鹼參與 Thumb
Cadiot-Chodkiewicz偶聯反應 1957 RC≡CH sp RC≡CX sp 交叉 Cu 需鹼參與 Thumb
Castro-Stephens偶聯反應 1963 RC≡CH sp Ar-X sp² 交叉 Cu Thumb
吉爾曼試劑偶聯反應(Gilman reagent coupling) 1967 R2CuLi R-X 交叉 Thumb
Cassar反應 1970 烯烴 sp² R-X sp³ 交叉 Pd 需鹼參與
熊田偶聯反應(Kumada coupling) 1972 Ar-MgBr sp²/sp³ Ar-X sp² 交叉 Pd或Ni Thumb
赫克反應(Heck reaction) 1972 烯烴 sp² R-X sp² 交叉 Pd 需鹼參與 Thumb
薗頭偶聯反應(Sonogashira coupling) 1975 RC≡CH sp R-X sp³/sp² 交叉 Pd和Cu 需鹼參與 Thumb
根岸偶聯反應(Negishi coupling) 1977 R-Zn-X sp³/sp²/sp R-X sp³/sp² 交叉 Pd或Ni Thumb
施蒂勒反應(Stille coupling) 1978 R-SnR3 sp³/sp²/sp R-X sp³/sp² 交叉 Pd Thumb
鈴木反應(Suzuki reaction) 1979 R-B(OR)2 sp² R-X sp³/sp² 交叉 Pd 需鹼參與 Thumb
Hiyama偶聯反應 1988 R-SiR3 sp² R-X sp³/sp² 交叉 Pd 需鹼參與 Thumb
Buchwald–Hartwig偶聯反應 1994 R2N-R SnR3 sp R-X sp² 交叉 Pd N-C偶聯反應 Thumb
福山偶聯反應(Fukuyama coupling) 1998 RCO(SEt) sp2 R-Zn-I sp3 交叉 Pd Thumb
偶聯反應一覽. 參考文獻見子頁面

雜項反應

一種基於芳基鹵代烴和全氟代苯的鈀-催化偶聯反應由基思·法紐(Keith Fagnou)和其同事所報道。對於這種缺電子的芳環來講,這類官能團化反應很不尋常。[17]

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Fluoroarene coupling

應用

許多偶聯反應已經廣泛的應用於製藥工業[18]和相關的工業原料[19]

參見

參考資料

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