Buchwald–Hartwig偶联反应

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此反应发现者之一 John F. Hartwig。

Buchwald–Hartwig偶联反应(布赫瓦尔德-哈特维希反应),又称Buchwald–Hartwig反应Buchwald–Hartwig交叉偶联反应Buchwald–Hartwig胺化反应

催化存在下的交叉偶联反应,产生 C-N 键,生成胺的 N-芳基化产物。

Buchwald-Hartwig反应

此反应是合成芳胺的重要方法。

反应中的芳卤也可为拟芳卤三氟甲磺酸的酚酯所代替。胺可为伯胺或仲胺,胺上的取代基可以为任何有机基团。钯催化剂常为钯磷配合物,如四(三苯基膦)钯(0),也可为三(双亚苄基丙酮)二钯(0)[1] 等其他钯配合物。

反应用碱一般为双(三甲硅基)氨基钠叔丁醇盐

类似的反应为 Stille反应Heck反应。反应也可扩展到碳亲核试剂,如丙二酸酯;以及扩展到氧亲核试剂如,用于合成二芳醚,由此提供了铜介导的 Ullmann二芳醚合成Goldberg反应以外的选择。

历史[编辑]

Buchwald–Hartwig 这一类型的反应最早是由乌克兰的 Lev M. Yagupolskii 等在 1986 年发现的。他们用多取代的活化氯代芳烃与苯胺衍生物在 1mol% 的 [PdPh(PPh3)2I] 催化之下进行反应,得到了偶联产物,产率中等。[2]

此后美国的 Buchwald 和 Hartwig 两个团队又分别在 1994 年重新发现这个反应。耶鲁大学的 Hartwig 等用的是对溴甲苯三丁基锡基胺之间的偶联。[3]

Hartwig 1994

麻省理工学院的 Buchwald 等用的则是间溴苯甲醚与另一三丁基锡胺之间的偶联,见下。[4]


Buchwald 1994

后来又发展了第二代的 Buchwald–Hartwig 反应,即用游离胺和强碱,代替最早使用的氨基锡烷。[5]

Hartwig 1995 不含锡的改进法

反应机理[编辑]

反应的催化循环如下。

Buchwald-Hartwig反应的机理

首先 PdII 催化剂 (1)被还原为活性的 Pd0 物种 (2),(2) 脱去一个配体形成 (3),进入催化循环。芳卤 (4)与 (3) 发生氧化加成形成中间体 (5),(5) 与自身二聚物 (5b) 形成平衡。接下来,(5b) 中的一个卤原子被胺取代,形成中间体 (7),(7) 被强碱 (8) 去质子化,生成 (9)。然后 (9) 有两种可能的转化方式,一是发生还原消除生成需要的产物芳胺 (10),二是发生 β-氢消除生成副产物芳烃 (11)和亚胺 (12)。两种情况下 Pd-L 物种都获得再生,进入下一个催化循环。

展望[编辑]

对反应所用溶剂的研究发现,对于某些底物来说,甲基吡咯烷酮二甲基乙酰胺等非质子溶剂可以促进 β-氢消除一步发生。以及非质子非极性溶剂(如间二甲苯)虽不能很好地溶解反应用碱叔丁醇盐,此类溶剂仍是此反应最好的溶剂。[6]

Buchwald-Hartwig反应 溶剂效应

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ John P. Wolfe and Stephen L. Buchwald (2004). "Palladium-Catalyzed Amination Of Aryl Halides And Aryl Triflates". Org. Synth.; Coll. Vol. 10: 423. 
  2. ^ N. B. Kondratenko, A. A. Kolomejcev, B. O. Mogilevskaya, N. M. Varlamova, L. M. Yagupolskii. Poly(nitro- and trifluoromethylsulphonyl)substituted diphenylamines. Zh. Org. Khim. (Rus.). 1986, 22 (8): 1721–1729. 
  3. ^ Frederic Paul, Joe Patt, John F. Hartwig. Palladium-catalyzed formation of carbon-nitrogen bonds. Reaction intermediates and catalyst improvements in the hetero cross-coupling of aryl halides and tin amides. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116 (13): 5969–5970. doi:10.1021/ja00092a058. 
  4. ^ Anil S. Guram and Stephen L. Buchwald. Palladium-Catalyzed Aromatic Aminations with in situ Generated Aminostannanes. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116 (17): 7901–7902. doi:10.1021/ja00096a059. 
  5. ^ Janis Louie and John F. Hartwig. Palladium-catalyzed synthesis of arylamines from aryl halides. Mechanistic studies lead to coupling in the absence of tin reagents. Tetrahedron Letters. 1995, 36 (21): 3609–3612. doi:10.1016/0040-4039(95)00605-C. 
  6. ^ Henrik Christensen, Sren Kiil, Kim Dam-Johansen, Ole Nielsen, and Michael B. Sommer. Effect of Solvents on the Product Distribution and Reaction Rate of a Buchwald-Hartwig Amination Reaction. Org. Process Res. Dev. 2006, 10 (4): 762–769. doi:10.1021/op050226s. 

外部链接[编辑]