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X)2IILPdIIXLRPdR'n2nACRR'+2B+HO(MO)(5)22由此可见,氧化剂的参与是氧化偶联反应区别与经典偶联反应的一个显著特征,其在催化循环的顺利完成过程中发挥着至关重要的作用。常见的氧化剂有氧气、二价铜盐及其氧化物、银盐及其氧化物、对苯醌和DDQ等苯醌类氧化剂、二羧酸碘苯、双氧水、叔丁基过氧化氢(tert-Butylhydroperoxide,TBHP)和过氧羧酸等过氧化物、KSO和oxone氧化剂(复盐2KHSO·KHSO·KSO)等。毫无2285424疑问,氧气是氧化偶联反应最理想的氧化剂。虽然如此,在很多反应中没有助催化剂的参与,氧气本身很难氧化低价催化剂物种完成催化循环,在实际应用的催5:..化反应中,最常见的氧化剂为对苯醌(BQ)[36]。图2说明了分别以化学计量的O2和BQ作为氧化剂的条件下催化剂活性物种LPdIIX重生过程的机理[37~43]。n2OOOHHXIIIILPdLPdnnXHOO22OHX2XLPdIILPd0nnHXXOOOHXHOOHPd0LOOHnIIXLnPdO图2最后,相对于传统的偶联反应,氧化偶联反应中碱(base)的使用不是必需的。例如,在芳基硼酸与烯烃的反应中加入一定量的芳基碘化物,在无碱条件下,经典的Heck和Suzuki反应均不能发生,只化学选择性地生成芳基硼酸与烯烃的偶联产物(式6)。而同样条件加入NaCO后50oC时,Heck反应的产物收率即可23达到95%(式7)[44]。可见,传统的偶联反应的顺利进行必须依赖于碱的参与。IOYieldOtBuMeO0+MeOOB(OH)2Pd(OAc)(5mol%),O22OtBu91%dmphen(5mol%),DMF,+ONNMeONMe0t2OBudmphen(6)IOPd(OAc)(5mol%),N,NaCOMeO2223dmphen(5mol%),DMF,50oCOtBu+95%MeOOOtBuNNdmphen(7)6:..3钯、铜、铑催化的氧化偶联反应的氧化剂综述在所有的过渡金属参与的催化反应中,应用最为广泛、催化的反应类型最多、反应条件兼容性最好的是钯、铜和铑催化剂,这是因为催化体系可以允许同时改变助催化剂、氧化剂、添加剂、碱、溶剂和温度等多种影响因素。氧化偶联反应的催化体系多种多样,核心部分是催化剂金属源与氧化剂,二者是完成催化反应的最重要因素。常见的氧化剂有air/O、Cu(II)化合物、Ag(I)化合物、苯醌2类氧化剂等,下面以氧化剂的种类分别予以阐述。,一直以来受到特别的关注。著名的氧化偶联反应:Glaser反应也有不少使用氧气为氧化剂的报道。1962年Hay以O2作为氧化剂用催化量的N,N,N,N-四***乙二***(TMEDA)和CuCl来催化端基炔的偶联(式6)[45]。CuCl?TMEDA,acetonePh++HO297%2(8)2001年,Tykwinski等报道了O存在下CuCl催化的具有双键和三键共轭结2构的末端炔烃的自身偶联反应,并且大的π电子共轭体系对反应的进行没有影响(式7)[46]。RCuCl,TMEDA,O2CHCl,RT22R=p-Me2NC6H4,68%HRR=p-ONCH,87%264R(9)2005年,Fairlamb、Marder等研究表明末端炔烃的自身偶联反应必须使用一定量的氧化剂,并计算了O作为氧化剂时反应的可行性[47]。随后,李金恒等2报道了室温下空气中钯催化的末端炔烃的自身偶联反应,反应以CuI作为助催化剂,并可以兼容多种类型的官能团(式10)[48]。7:..Pd(OAc),CuI2DABCO,,air,rtRHRRR=Ph100%R=n-CH100%511R=2-Pyr91%R=CHOAc71%(10)22007年吴养洁、杨帆等报道了以CuI作为助催化剂,二茂铁亚***环钯化合物催化的末端炔烃的自身偶联,反应在空气中进行,并且对带有多种取代基的炔烃均有很好的催化效果(式11)[49]。Palladacycle,CuIKOAc,DMF,40oC,airRRRR=Ph96%R=n-CH88%511R=2-Pyr75%R=HO(CH)C89%32CH3CNCHFe3PdPPh3Cl(11)Sain等报道了以氧气为氧化剂,Cu(II)盐催化的萘酚类化合物的氧化自身偶联反应,这是一种简便合成联萘酚配体的方法(式12)[50]。R1R3Cu(II)-cat,OR1R32Chorobenzene,refluxR2OHR2OHR1=R2=R3=H90%R2OHR1=Br,R2=R3=H95%123R1R3R=R=H,R=OMe92%R1=R2=H,R3=COOMe35%R1=R2=H,R3=COOH10%PhNMeOCuOMeNPhCu(II)-cat(12)氧气作为氧化剂还可应用于钯催化的芳烃与α,β-不饱和醛的偶联反应中,Ishii等使用钒钼磷杂多酸(HPMoVO·26HO)为助催化剂在90oC下进行(式41140213)[51]。8:..Pd(OAc),EtCOOH,O22OOHPMoVO·26HO+411402ArHHAr=Ph61%ArHAr=4-MeCH59%64Ar=4-MeOCH45%(13)642007年,DeBoef等同样借助于钒钼磷杂多酸为助催化剂在氧气条件下实现了苯并噁唑与芳烃的经由双C-H活化的氧化偶联反应(式14)[52]。HoPd(OAc)(10mol%),AcOH,120CO2HPMoVO·26HO(10mol%),O(3atm)4114022+98%OH(14)同年,Fujji和Ohno等报道了Pd(OAc)催化的分子内双C-H氧化的偶联反2应。以1atm的氧气为氧化剂,反应在乙酸中进行24h收率即可达到91%(式15)[53]。Pd(OAc)(10mol%),80oC2AcOH,O(1atm),24h2N91%NHH(15)2008年Stahl等以CuCl为催化剂在氧气中实现了末端炔烃的氧化***化反2应,在70oC下甲苯中反应4h即可以中等到高的收率得到目标产物(式16)[35]。CuCl(20mol%),pyridine(2equiv)2OoONaCO(2equiv),O(1atm),70C232toluene,4hOR+HNORNR=Ph,89%R=n-CH,72%(5equiv)613R=TBSOCH,78%(16)2同年,Fagno等报道了Pd(OAc)催化的分子内双sp2C-H键活化生成联芳类2化合物的方法,反应在空气中进行,在120oC下反应14h后收率可达到中等以上(式17)[54]。Pd(OAc)(3mol%),110oCR2KCO,PivOH,air,14h23NR=H,95%NHR=F,76%HR=Ac,74%R=NO,76%(17)2随后,Fagno等又发现:以Pd(OAc)为催化剂空气中反应,分子内的sp2C-H29:..sp3C-H键可发生生成C(sp2)-C(sp3)键的氧化偶联反应(式18)[55]。作者认为催化循环中生成了Pd(0)中间体,Pd(0)中间体在氧气的作用下重新生成催化剂活性物种PdX,因此反应中可能会有钯黑出现的情况。2(10mol%)O2NaOBu(20mol%),airOPivOH(),120oC,15hNNRRHR=H,R'=OMe67%HR=Me,R'=OMe65%R'OCR'OCR=CF,R'=OMe55%3R=H,R'=OEt69%(18)2008年,施章杰等研究了钯催化的芳烃和芳基硼酸的氧化偶联反应,发现在室温1atm的氧气中反应即可顺利进行(式19)[56]。反应对简单芳烃和吲哚类杂芳烃均有理想的催化效果。Pd(OAc)(5mol%)2Cu(OAc)(1equiv)H2O(1atm),TFA,rt,48hPhPhB(OH)2+2R=H,48%RR=Me,83%RRPd(OAc)(5mol%)R2O(1atm),AcOH,rt,6-8hH+PhB(OH)2Ph2R=H,R'=H83%NNR'R=H,R'=Bn73%R'R=Me,R'=Me69%R=Cl,R'=Me74%(19)2009年,赵玉芬等发现CuI可用于末端炔烃与亚磷酸酯的氧化偶联反应,该反应体系可以兼容多种类型的官能团,反应在干燥的空气中进行以中等到高的收率得到了炔基亚磷酸酯(式20)[57]。32air,DMSO,55oCR+HP(O)(OR')RP(O)(OR')+HO2R=Ph,R'=i-Pr83%22R=HO(CH2)3,R'=i-Pr81%R=PhCOCH,R'=i-Pr87%22R=Ph,R'=Et74%随后,Daugulis研究小组报道了CuCl在氧气条件下可有效催化杂环芳烃和2缺电子碳环芳烃的自身偶联反应,催化体系需要使用格式试剂-PrMCl·LiCl作为碱(式21)[58]。(21):..Mori(式22)[59]、Schreiber(式23)[60]等相继将Cu(OAc)应用于氧气存2在下的杂环芳烃的酰***化(amidation)反应中,这为简便合成具有生物活性分子的骨架提供了一种有效的途径[61]。Cu(OAc)(),O(1atm)22MeNMeoNPPh,NaOAc,xylene,140C,20h3H+HNNX=S81%XPhPhX=NMe51%(22)OOCu(OAc),PyridineN2N()NaCO,TolueneH+n23NHNn=1,X=NMe82%XXn=1,X=S45%n=2,X=NMe55%n=3,X=NMe55%(23)2010年,雷爱文研究小组报道了室温下Pd(dba)催化的有机锌试剂与末端2炔烃的氧化偶联反应,反应在CO/air(V/V=1:10)的混合气体中进行。其中,空气中的氧气在反应中起氧化剂的作用;-酸配体CO通过对金属原子配位促进了钯中间体R1C≡CPdR2的还原消除的进行,对生成目标产物和完成催化循环起着十分重要的作用(式24)[62]。Pd(dba)(5mol%)2CO/air(V/V=1:10),rt,24hR1+R2ZnClR1R2R1=Ph,R2=-Bu91%R1=2-MeOCH,R2=n-Bu86%64R1=4-BrCH,R2=n-Bu83%64R1=3-MeOCH,R2=Me71%(24)642010年,苏伟平研究小组报道了氧气中铜催化的多***取代苯与末端炔烃的氧化偶联反应,反应使用苯醌类化合物DDQ为添加剂,并且可以兼容多种取代基和官能团(式25)[63]。CuCl(30mol%),DDQ(15mol%)2FF1,10-phenanthroline(30mol%),OFF2tBuOLi(3equiv),DMSO,40oCRH+R'RR'R=H,R'=Ph85%R=H,R'=4-MeOCH65%64FFR=H,R'=4-H57%FF264R=MeO,R'=Ph42%R=MeO,R'=4-FC6H441%(25)Cu(II)早在20世纪70年代,Fujiwara等发现:以Pd(OAc)为催化剂、Cu(OAc)22为氧化剂,取代的五元杂环(如:呋喃和噻吩)可以直接与烯烃发生偶联反应,反:..(式26)[64]。随后,Fujiwara小组又在相同的反应条件下实现了苯并五元杂环与烯烃的氧化偶联反应,但是反应的区域选择性不太理想,得到的是2,3位烯基化的Z/E异构体四种产物的混合物(式27)[65]。Pd(OAc)(2mol%)R2Cu(OAc)(2equiv),100oCX2dioxane/AcOH(4:1),8h++RX=O,60%(mono/di=:1)X=O,e30%(mono/di=:1)2X=S,%(mono/di=23:1)RRXdialkenylated(26)CNPd(OAc)(2mol%)CN2Cu(OAc)(2equiv),100oC2dioxane/AcOH(4:1),8hXX+CN+XX=O,SNCCNXX(27)2001年,Mori等研究了Cu(OAc)为氧化剂的芳基硼酸与烯烃的氧化偶联2反应,反应使用5mol%的Pd(OAc)为催化剂,在100oC下DMF中进行(式28)[66]。2Pd(OAc)(5mol%)2Cu(OAc)(2equiv)2R'DMF,100oC,3hB(OH)+R'2RR=H,R'=COOEt63%RR=H,R'=COOBu84%R=H,R'=COOEt63%R=H,R'=CN58%R=4-MeO,R'=COOBu66%R=4-CF,R'=COOBu75%(28)32008年,Miura等在弱碱条件下以Cu(OAc)·HO实现了钯催化的五元杂环22的烯基化反应(式29)[67]。Pd(OAc)(5mol%)2Cu(OAc)·HO(2equiv)22LiOAc(3equiv),DMFair,100oC+R'R'RHY=S,R=Ph,R'=COBu46%RY2YY=S,R=Ph(OH)C,R'=COEt55%22Y=S,R=Ph(OH)C,R'=Ph30%2Y=S,R=tBu,R'=COnBu57%2(29)另外,Miura课题小组的研究工作主要集中在以Cu(OAc)·HO作为氧化剂22钯和铑催化的非末端炔烃的环化反应[68-72],如水杨醛、三芳基醇、芳亚***和芳基:..Miura等首先以[{RhCl(COD)}]/PhCH为催化剂完成了三芳基甲醇与非末2452端炔烃的氧化偶联反应,反应过程中经由C-H键和C-C键的断裂得到多取代萘(式30)[68];接着又在这种铑催化体系下完成了水杨醛与非末端炔烃的氧化偶联反应,反应在140oC下氮气中进行(式31)[69]。R2R2[{RhCl(cod)}](1mol%)R22Ph4C5H2(4mol%)Cu(OAc)2·H2O(1equiv)oxylene,N,170oC,4hR1COH2R1=R2=H99%13RR1=H,R2=Me,63%12R2R=H,R=Cl,86%R2R1=MeO,R2=H65%R1=Me,R2=H,85%R2(30)[{RhCl(cod)}](1mol%),2OPh4C5H2(4mol%)O13Cu(OAc)·HO(2equiv)13RR22RRHo-xylene,N,140oC+2R1=R2=H,R3=Ph86%R2OH3R2OR3R123R=H,R=MeO,R=Ph84%R1=H,R2=Cl,R3=Ph78%R1=H,R2=NO,R3=Ph46%2R1=R2=H,R3=4-MeCH88%64R1=R2=H,R3=4-ClCH75%(31)642009年Miura等报道了钯催化的杂环羧酸与炔烃的内炔环化的氧化偶联反应,提供了简便合成多环大共轭杂环体系的方法(式32)[70];随后发现了二***(五***环戊二烯基)合铑[(Cp*RhCl)]可用于芳香亚***与炔烃的双C-H活化的内炔22环化反应,反应对C-H键的活化具有明显的区域选择性,可用于二氢茚***类亚***和异喹啉衍生物的简便合成(式33)[71];最近,他们又完成了二***(