赫克反应

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赫克反应(Heck反应)也称沟吕木-赫克反应(Mizoroki-Heck反应),是不饱和卤代烃(或三氟甲磺酸酯)与烯烃强碱催化下生成取代烯烃的偶联反应[1][2] 它得名于美国化学家理查德·赫克和日本人沟吕木勉,赫克憑藉此貢獻得到了2010年諾貝爾化學獎

Heck反应

原料卤代烃[3] 或三氟甲磺酸酯中的R基可以是芳基苄基乙烯基。烯烃的双键碳必须连有氢,且烯烃通常为缺电子烯烃,如丙烯酸酯丙烯腈。钯催化剂可以是四(三苯基膦)合钯(0)氯化钯(II)乙酸钯(II)。碱可以是三乙胺碳酸钾乙酸钠

反应综述:[4][5][6]

历史[编辑]

在 Fujiwara (1967,藤原祐三)[7] 和 Heck(1969年)[8] 此前对芳烃与烯烃以及芳基卤化汞(ArHgCl)与烯烃在定量钯(II)催化反应的研究的基础上,1971年,日本化学家溝呂木报道了乙酸钾作碱和氯化钯催化下,碘苯苯乙烯甲醇中、120°C和加压的条件下偶联为二苯乙烯的反应。

沟吕木勉 1971

1972年,Heck独立报道了碘代苯与苯乙烯的偶联反应,Heck小组采取无溶剂条件,并改用乙酸钯催化和有位阻的三正丁胺作碱。

Heck 1972

(上述两个反应中的活性催化物种钯(0)都是由钯与烯烃配位而产生。)

1974年,Heck 向反应引入膦配体。[9]

Dieck & Heck 1974

反应机理[编辑]

Heck 反应的催化循环是围绕催化的钯中心而展开,如下图所示。循环中所需的活性钯(0)一般是由钯(II)前体在反应中原位产生,[10] 例如,乙酸钯可被三苯基膦还原为双(三苯基膦)合钯(0) (1),进入催化循环,同时三苯基膦则被氧化为三苯基氧膦。

循环中,首先是电子不饱和的含钯物种 (1)与卤代烃氧化加成,钯插入到卤-碳键中。然后,钯原子与烯烃作用产生π配合物 (3),配位的烯烃再顺式插入到钯-碳键中,得 (4)。 (4) 经旋转(未画出)异构化为扭张力较小的反式异构体后,发生β-氢消除,获得另一个钯与烯烃配位的中间体 (5)。(5) 经解配,即得反应产物烯烃,同时还产生钯(II)物种 (6),而 (6) 在碳酸钾作用下发生还原消除,又转化为 (1),从而获得再生。可见,反应中用到的碳酸钾是计量的,但钯却是催化性的。

Heck反应机理

此类催化机理不仅限于乙烯基化合物,其他钯催化偶联反应中也可以见到大同小异的循环,例如Sonogashira偶联反应(一个底物为炔)、Suzuki偶联反应(烯烃被芳基硼酸替代)和Stille反应(烯烃被芳基锡烷替代)等。循环也可应用于其他10族元素,如Negishi偶联反应便是有机锌与芳卤在钯或镍催化下的偶联,也是采取类似的机理。不过,铂却不遵循这一催化循环,因铂-碳键能较高。

立体选择性[编辑]

Heck 反应具立体选择性,多产生反式产物,主要原因是体积较大的有机基团与卤钯基,在旋转一步时尽量互相远离。

此反应工业上用于药物萘普生(下图,通过溴萘甲醚与乙烯反应)和防晒霜组分对甲氧基肉桂酸异辛酯的制取。[11]

用于萘普生生产

变体[编辑]

离子液体[编辑]

离子液体存在下,Heck 反应可在无膦配体的条件下进行。例如,将乙酸钯和离子液体 (bmim)PF6 负载在反相硅胶的内腔,[12] 可使反应在水中进行,催化剂亦可循环使用。

Siloxane application

Heck氧连芳基化[编辑]

顺式加成产生的中间体中,钯上的取代基被羟基取代,最后产生具四氢呋喃环系的产物。[13]

Heck oxyarylation

氨基-Heck反应[编辑]

如:以三乙胺为碱,四(三苯基膦)合钯(0)催化,连有强吸电子基的可与末端双烯发生分子内偶联,形成具新 C-N 键的吡啶衍生物。[14]

Amino-Heck reaction

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Heck, R. F.; Nolley, Jr., J. P. Palladium-catalyzed vinylic hydrogen substitution reactions with aryl, benzyl, and styryl halides. J. Org. Chem. 1972,. 37(14): 2320–2322. doi:10.1021/jo00979a024. 
  2. ^ Mizoroki, T.; Mori, K.; Ozaki, A. Arylation of Olefin with Aryl Iodide Catalyzed by Palladium. Bull. Chem. Soc. Jap. 1971, 44: 581. doi:10.1246/bcsj.44.581. 
  3. ^ Littke, A. F.; Fu, G. C. (2005). "Heck reactions of aryl chlorides catalyzed by palladium/tri-tert-butylphosphine: (E)-2-Methyl-3-phenylacrylic acid butyl ester and (E)-4-(2-phenylethenyl)benzonitrile". Org. Synth. 81: 63. 
  4. ^ Heck, R. F. Org. React. 1982, 27: 345–390. 
  5. ^ A. de Meijere, F. E. Meyer, Jr.;. Fine Feathers Make Fine Birds: The Heck Reaction in Modern Garb. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1994, 33: 2379–2411. doi:10.1002/anie.199423791. 
  6. ^ Beletskaya, I. P.; Cheprakov, A. V. The Heck Reaction as a Sharpening Stone of Palladium Catalysis. Chem. Rev. 2000, 100: 3009–3066. doi:10.1021/cr9903048. 
  7. ^ Motitani, Ichiro; Fujiwara, Yuzo. Aromatic substitution of styrene-palladium chloride complex. Tetrahedron Letters. 1967, 8: 1119. doi:10.1016/S0040-4039(00)90648-8. 
  8. ^ Heck, Richard F. Mechanism of arylation and carbomethoxylation of olefins with organopalladium compounds. Journal of the American Chemical Society. 1969, 91: 6707. doi:10.1021/ja01052a029. 
  9. ^ Dieck, H. A.; Heck, R. F. Organophosphinepalladium complexes as catalysts for vinylic hydrogen substitution reactions. Journal of the American Chemical Society. 1974, 96: 1133. doi:10.1021/ja00811a029. 
  10. ^ Ozawa, F.; Kubo, A.; Hayashi, T. Generation of Tertiary Phosphine-Coordinated Pd(0) Species from Pd(OAc)2 in the Catalytic Heck Reaction. Chemistry Lett. 1992: 2177–2180. doi:10.1246/cl.1992.2177. 
  11. ^ De Vries, Johannes G. The Heck reaction in the production of fine chemicals. Canadian Journal of Chemistry. 2001, 79: 1086. doi:10.1139/cjc-79-5-6-1086. 
  12. ^ Hagiwara, Hisahiro; Sugawara, Yoshitaka; Hoshi, Takashi; Suzuki, Toshio. Sustainable Mizoroki–Heck reaction in water: remarkably high activity of Pd(OAc)2 immobilized on reversed phase silica gel with the aid of an ionic liquid. Chemical Communications. 2005, (23): 2942–2944. doi:10.1039/b502528a. PMID 15957033. 
  13. ^ Lorand Kiss, Tibor Kurtan, Sandor Antus, Henri Brunner. Further insight into the mechanism of Heck oxyarylation in the presence of chiral ligands (free fulltext). Arkivoc. 2003: GB–653J. 
  14. ^ Mitsuru Kitamura, Daisuke Kudo, and Koichi Narasaka. Palladium(0)-catalyzed synthesis of pyridines from β-acetoxy-γ,δ-unsaturated ketone oximes (free fulltext). Arkivoc. 2005: JC–1563E. 

延伸阅读[编辑]

外部链接[编辑]