偶联反应

偶联反应，也写作耦合反應、偶合反应或耦联反应，是两个化学实体（或单位）结合生成一个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，又可分为交叉偶联和自身偶联反应。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，形成具有新碳-碳键的产物R-R' ^[1]^[2]。

由于开发钯催化偶联反应的突出贡献，根岸英一、铃木章与理查德·赫克共同被授予了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：两种不同的片段连接成一个分子，如：溴苯 (PhBr)与氯乙烯形成苯乙烯(PhCH=CH₂)。
自身偶联反应：相同的两个片段形成一个分子，如：碘苯 (PhI)自身形成联苯 (Ph-Ph)。

反应机理

偶联反应的反应机理通常起始于有机卤代烃和催化剂的氧化加成。第二步则是另一分子与其发生转移金属化，即将两个待偶联的分子接于同一金属中心上。最后一步是还原消除，即两个待偶联的分子结合在一起形成新分子并再生催化剂。不饱和的有机基团通常易于发生偶联，这是由于它们在加合一步速度更快。中间体通常不倾向发生β-氢消除反应。^[5]

在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上发生偶联反应。^[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，在水溶液当中的偶联反应其实是通过自由基机理进行，而不是金属－参与机理。^[7]

催化剂

偶联反应中最常用的金属催化剂是钯催化剂，有时也使用镍与铜催化剂。钯催化剂当中常用的如：四(三苯基膦)钯等。钯催化的有机反应有许多优点，如：官能团的耐受性强，有机钯化合物对于水和空气的低敏感性。

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应用^[15]^[16]。

离去基团

离去基团X在有机偶联反应中，常常为溴、碘或三氟甲磺酰基。较理想的离去基团为氯，因有机氯化合物相对其他的这些离去基团更廉价易得。与之反应的有机金属化合物还有锡、锌或硼。

操作条件

虽然大多的偶联反应所涉及的试剂都对于水和空气极其敏感，但不可认为所有的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，使用三苯基膦和硫酸制备的磺化膦试剂进行反应。^[17] 总体来讲，空气中的氧气能够影响偶联反应，这是因为大多这类反应都是通过不饱和金属络合物发生反应，而这些络合物都不满足18共价电子的稳定结构。

偶联反应类型

常见的偶联反应包括：

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Na消除反应物的卤原子
格拉泽偶联反应（Glaser coupling）	1869	RC≡CH	sp	RC≡CH	sp	自身	Cu	氧气作为H受体
乌尔曼反应（Ullmann reaction）	1901	Ar-X	sp²	Ar-X	sp²	自身	Cu	高温
冈伯格-巴克曼反应	1924	Ar-H	sp²	Ar-N₂X	sp²	自身		需碱参与
Cadiot-Chodkiewicz偶联反应	1957	RC≡CH	sp	RC≡CX	sp	交叉	Cu	需碱参与
Castro-Stephens偶联反应	1963	RC≡CH	sp	Ar-X	sp²	交叉	Cu
吉尔曼试剂偶联反应（Gilman reagent coupling）	1967	R₂CuLi		R-X		交叉
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 or Ni
赫克反应（Heck reaction）	1972	烯烃	sp²	R-X	sp²	交叉	Pd	需碱参与
薗头偶联反应（Sonogashira coupling）	1975	RC≡CH	sp	R-X	sp³ sp²	交叉	Pd and Cu	需碱参与
根岸偶联反应（Negishi coupling）	1977	R-Zn-X	sp³, sp², sp	R-X	sp³ sp²	交叉	Pd or Ni
施蒂勒反应（Stille coupling）	1978	R-SnR₃	sp³, sp², sp	R-X	sp³ sp²	交叉	Pd
铃木反应（Suzuki reaction）	1979	R-B(OR)₂	sp²	R-X	sp³ sp²	交叉	Pd	需碱参与
Hiyama偶联反应	1988	R-SiR₃	sp²	R-X	sp³ sp²	交叉	Pd	需碱参与
Buchwald–Hartwig偶联反应	1994	R₂N-R SnR₃	sp	R-X	sp²	交叉	Pd	N-C偶联反应
福山偶联反应（Fukuyama coupling）	1998	RCO(SEt)	sp²	R-Zn-I	sp³	交叉	Pd
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。^[18]

应用

许多偶联反应已经广泛的应用于制药工业^[19]和相关的工业原料^[20]。

参见

钯催化偶联反应

参考资料

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[3] The Nobel Prize in Chemistry 2010 - Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki. NobelPrize.org. 2010-10-06 [2010-10-06]. （原始内容存档于2012-10-26）.

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[16] Copper-Mediated Coupling Reactions and Their Applications in Natural Products and Designed Biomolecules Synthesis Gwilherm Evano, Nicolas Blanchard and Mathieu Toumi Chem. Rev., 2008, 108 (8), pp 3054–3131 doi:10.1021/cr8002505

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