偶联反应,也写作耦合反应偶合反应耦联反应,是两化学实体(或单位)结合生成一分子的有机化学反应。狭义的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳-碳键形成反应,根据类型的不同,又可分为交叉偶联自身偶联反应。在偶联反应中有一类重要的反应,RM(R=有机片段;M=主基团中心)与R'X的有机卤素化合物反应,形成有新碳-碳键的产物R-R'[1][2]

根岸英一铃木章理查德·赫克开发钯催化偶联反应,贡献突出,共同获授2010年度诺贝尔化学奖[3][4]

偶联反应大体可分为两种类型:

  • 交叉偶联反应:两种不同片段连接成一分子,如溴苯(PhBr)与乙烯形成苯乙烯(PhCH=CH2)。
  • 自身偶联反应:相同的两片段形成一分子,如碘苯(PhI)自身形成联苯(Ph-Ph)。

机理

Thumb

偶联机理通常起始于有机卤代烃和催化剂氧化加成;第二步是另一分子与其转移金属化,将待偶联的两分子接于同一金属中心;最后一步是还原消除,待偶联的两分子结合在一起形成新分子并再生催化剂。不饱和的有机基团在加合一步速度更快,通常易于偶联。中间体通常不倾向β-氢消除[5]

一项计算化学研究中表明,不饱和有机基团更易于在金属中心偶联。[6]还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

不对称的R-R′形式偶联反应,其活化能垒与反应能量与相应的对称偶联反应R-R与R′-R′的平均值相近,如:乙烯基-乙烯基>乙烯基-烷基>烷基-烷基。

另一种假说认为,水溶液偶联反应其实是通过自由基机理,而不是金属-参与机理。[7]

催化剂

偶联反应最常用的金属催化剂是催化剂,有时也用四(三苯基膦)钯是常用的钯催化剂。钯催化的有机反应有许多优点,如:官能团的耐受性强,有机钯化合物对空气甚稳定。

如下一些关于钴催化的偶联反应的综述[8],钯[9][10][11][12][13]和镍[14]介导的反应以及它们的用途[15][16]

离去基团

离去基团在有机偶联反应常为三氟甲磺酰基。有机氯化物相对这些离去基团更廉价易得,故是较理想的离去基团。与之反应的有机金属化合物还有

操作条件

虽然大多偶联反应涉及的试剂都对水和空气极其敏感,但不可认为所有有机偶联反应需要绝对的无水无氧条件。有些有机钯介导的反应就可在水溶液中,用三苯基膦和硫酸制备的磺化膦试剂反应。[7]总体来讲,大多这类反应都藉不饱和金属络合物反应,而这些络合物都不满足18共价电子的稳定结构,故空气中的氧气能影响偶联反应。

类型

常见偶联反应有:

反应名称 发现年代 反应物A 反应物B 类型 催化剂 备注
武兹反应(Wurtz reaction) 1855 R-X sp³ R-X sp³ 自身 以钠消除反应物的卤原子 Thumb
格拉泽偶联反应(Glaser coupling) 1869 RC≡CH sp RC≡CH sp 自身 Cu 氧气作H受体 Thumb
乌尔曼反应(Ullmann reaction) 1901 Ar-X sp² Ar-X sp² 自身 Cu 高温 Thumb
冈伯格-巴克曼反应 1924 Ar-H sp² Ar-N2X sp² 自身 需碱参与 Thumb
Cadiot-Chodkiewicz偶联反应 1957 RC≡CH sp RC≡CX sp 交叉 Cu 需碱参与 Thumb
Castro-Stephens偶联反应 1963 RC≡CH sp Ar-X sp² 交叉 Cu Thumb
吉尔曼试剂偶联反应(Gilman reagent coupling) 1967 R2CuLi R-X 交叉 Thumb
Cassar反应 1970 烯烃 sp² R-X sp³ 交叉 Pd 需碱参与
熊田偶联反应(Kumada coupling) 1972 Ar-MgBr sp²/sp³ Ar-X sp² 交叉 Pd或Ni Thumb
赫克反应(Heck reaction) 1972 烯烃 sp² R-X sp² 交叉 Pd 需碱参与 Thumb
薗头偶联反应(Sonogashira coupling) 1975 RC≡CH sp R-X sp³/sp² 交叉 Pd和Cu 需碱参与 Thumb
根岸偶联反应(Negishi coupling) 1977 R-Zn-X sp³/sp²/sp R-X sp³/sp² 交叉 Pd或Ni Thumb
施蒂勒反应(Stille coupling) 1978 R-SnR3 sp³/sp²/sp R-X sp³/sp² 交叉 Pd Thumb
铃木反应(Suzuki reaction) 1979 R-B(OR)2 sp² R-X sp³/sp² 交叉 Pd 需碱参与 Thumb
Hiyama偶联反应 1988 R-SiR3 sp² R-X sp³/sp² 交叉 Pd 需碱参与 Thumb
Buchwald–Hartwig偶联反应 1994 R2N-R SnR3 sp R-X sp² 交叉 Pd N-C偶联反应 Thumb
福山偶联反应(Fukuyama coupling) 1998 RCO(SEt) sp2 R-Zn-I sp3 交叉 Pd Thumb
偶联反应一览. 参考文献见子页面

杂项反应

一种基于芳基卤代烃和全氟代苯的钯-催化偶联反应由基思·法纽(Keith Fagnou)和其同事所报道。对于这种缺电子的芳环来讲,这类官能团化反应很不寻常。[17]

Thumb
Fluoroarene coupling

应用

许多偶联反应已经广泛的应用于制药工业[18]和相关的工业原料[19]

参见

参考资料

Wikiwand in your browser!

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.

Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.