基本信息
- 项目名称：
- 铜盐催化碳-碳键形成的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品发展了以价廉的铜盐和稳定易得低毒的二胺化合物为配体的新型催化体系，高效、安全、环保地实现了Suzuki和Sonogashira偶联反应，达到铜盐催化碳-碳键形成的研究目的。本作品发展的方法可以广泛应用于合成含有联芳基和内炔类结构的药物、光学材料等。本作品以本科生团队为第一完成人发表了SCI论文两篇，并在省第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中获特等奖，还参加省赛中的公开答辩。
- 详细介绍：
- 1、引言 由于过渡金属钯催化的偶联反应对各种有机官能团具有广泛的兼容性，从而成为了形成碳-碳和碳-杂原子键通用和有效的方法[1]。正由于它们在有机合成中的重要性，过渡金属钯催化的偶联反应荣获了2010年度诺贝尔化学奖。这些偶联反应中，卤代烃或类卤代烃与硼酸之间的偶联反应被称为Suzuki偶联反应，而卤代烃或类卤代烃与末端炔烃之间的偶联反应被称为Sonogashira偶联反应[2,3]： 这两类偶联反应均在现代合成化学中扮演了非常重要的角色。例如，通过Suzuki偶联反应可以合成联芳基类化合物，这些结构广泛的存在于一些具有药物活性的分子中，如下图中例举的四种含有联芳基骨架的沙坦类药物，化合物I的名称为坎地沙坦，化合物II的名称为缬沙坦，化合物III的名称为伊贝沙坦，化合物IV的名称为他索沙坦，这些沙坦类药物是用于控制高血压和治疗心脏病的药物，2009年全国销售额为160亿元人民币，目前在市场上有很大的需求： 而通过Sonogashira偶联反应，可以合成广泛存在于天然产物，具有生物活性的分子以及具有光学材料性能的炔烃类化合物中。例如，下面的六炔基苯化合物V，可以用于制备液晶材料以及光敏材料等；化合物VI，依据取代基R的不同，可以用于制备各种不同性能的荧光剂： 在过去几十年中，高效地实现这两类偶联反应的催化剂主要是金属钯盐-含磷配体催化体系[4]。然而，偶联反应常用的钯催化剂，价格非常昂贵，而且通常含磷配体一般来说对空气比较敏感，在空气中容易被氧化而变质，因此也会增加实验操作和保存膦配体的难度。另外，一些有机含磷化合物具有一定的毒性，对环境污染比较严重，将直接危害人类的健康。再次，钯盐催化体系中往往会在产物中掺杂微量的催化剂金属钯盐而使产物受到污染。由于这些局限性，大大限制了钯-膦催化体系在工业上，特别是在药物化学领域的广泛应用。因此，发展更加经济和高效的催化体系就变得非常有必要。近些年来，由于金属铜盐相对钯盐来说，价格低廉得多，因此以金属铜盐为催化剂在碳-碳和碳-杂原子键形成中的研究越来越引起了化学家们的重视[5]。为了给读者一个直观的印象，我们例举了偶联反应中常用的金属钯盐和铜盐的价格表如下所示(表格一)： 表格一 常见的金属钯盐和铜盐价格表 金属盐 价格(万元/kg) 四三苯基膦钯 10-20 氯化钯 8-15 醋酸钯 9-15 氧化铜 0.25 碘化亚铜 0.075 醋酸铜 0.396 从上表中可以看到，金属钯盐的价格非常昂贵，一般每公斤价格为将近10-20万元，而铜盐的价格每公斤一般才几百元，因此铜盐是比钯盐更加经济的金属催化剂。另外，通常传统的含磷配体的应用，往往会导致河流、湖泊等水质的“富营养化”，进而影响水质，对环境造成严重污染。为了克服有机膦配体对环境造成的危害，促使化学家们来研究开发非膦类配体应用于碳-碳键的构建中。 在我们小组发展非膦配体应用于过渡金属催化碳-碳键形成反应的过程中[6]，我们发现2,2’-二胺基-6,6’-二甲基联苯(L)作为一种基本无毒的化合物，在以价格相当低廉的铜盐为催化剂的Suzuki和Sonogashira偶联反应中是一个良好的配体，以芳基碘化物和溴化物为底物，在优化的条件下，这两类反应都可以以良好到优异的收率生成相应的偶联产物。本文中我们就来介绍这些结果。 2、结果与讨论 我们首先进行了铜盐催化的Suzuki偶联反应研究。以对甲氧基碘苯1a (0.5 mmol)和苯基硼酸2a (0.6 mmol)为底物，20 mol% L为配体，DMF (2.0 mL)为溶剂，对反应中所涉及的金属铜盐、碱和温度等条件进行了优化。经过我们的努力，得出最优化的条件为：20 mol% CuO为催化剂，20 mol% L为配体，K2CO3 (2.0 equiv)为碱，DMF (2.0 mL)为溶剂，反应温度为130 oC 。 在上述优化条件下，我们先进行了各种芳基碘化物和芳基硼酸之间的Suzuki偶联反应，结果如表格二所示。我们发现在大多数情况下，芳基碘化物1都能和芳基硼酸2顺利反应，以良好到优异的收率生成相应的偶联产物3。 尽管在上述优化的条件下，芳基溴化物基本上没有反应活性，然而，我们发现当以Na2CO3为碱，DMF为溶剂，回流温度下，芳基溴化物同样可以进行类似的转化，以良好到较高的收率生成相应的偶联产物 在实现了以L为配体，CuO为催化剂进行的Suzuki偶联反应以后，我们又进行了铜盐催化的Sonogashira偶联反应研究。在最初的研究中，以对甲氧基碘苯1a (0.75 mmol)和苯乙炔4a (0.9 mmol)为底物，以10 mol% L为配体，115 oC下反应24小时，对反应中所涉及的铜盐、碱、溶剂等等条件进行了优化。最后确定最优化的条件为：10 mol% CuI为催化剂，10 mol% L为配体，NaOH (2.0 equiv)作为碱，DMSO (1.0 mL)为溶剂，反应温度为115 oC 在优化的条件下，我们先进行了铜盐催化芳基碘化物与末端炔烃的偶联反应。从表格四可以发现，对于各种各样含有给电子或吸电子基团的芳基碘化物和炔烃之间的Sonogashira偶联，反应都可以顺利进行，以良好到优异的收率生成相应的偶联产物。 尽管在上述优化条件下，芳基溴化物几乎没有活性，然而，当将CuI和L的用量各提高到20 mol%，反应温度提高到160 oC时，各种芳基溴化物与末端炔烃的偶联反应也可以顺利进行，以良好到优异的收率生成相应的偶联产物 3、结论 通过研究我们发现，对空气不敏感、易得的非膦配体，2,2’-二胺基-6,6’-二甲基联苯(L)，在以铜盐为催化剂，芳基碘化物和溴化物为底物的Suzuki和Sonogashira偶联反应中是一个良好的配体。在各自优化的条件下，各个偶联反应基本上都可以顺利进行以良好到优异的收率生成相应的偶联产物，而且反应的官能团兼容性较高，底物普适性较好。 通过我们所发展的方法，可以应用价格低廉的金属铜盐为催化剂，对空气稳定的、基本无毒的胺类化合物为配体，实现Suzuki和Sonogashira偶联反应。以我们所发展的方法，应用廉价的铜盐为催化剂，可以比金属钯盐节省催化剂成本90%以上；与同类铜盐催化的反应相比较，此方法更加稳定、可靠，操作更加简便；通过此方法可以合成广泛存在于天然产物、药物分子和功能材料中的联苯类化合物，比如可以合成高控制血压和治疗心脏病的沙坦类药物，这类药物在市场上具有非常大的销售量；还可以合成一系列广泛存在于天然产物、具有生物活性的分子和材料化学中的炔烃类化合物；还可以合成用于制备液晶材料、光敏材料的六炔基苯类化合物等等。总之，我们所发展的方法具有良好的经济效益和广泛的工业应用前景。 4、实验部分 4.1 实验通则： 1H和13C NMR核磁共振图谱在Bruker Avance-300或500 MHz仪器上，以TMS为内标测定，偶合常数的单位为赫兹。DMF和DMSO经CaH2干燥、减压蒸馏后使用。商业购买所得的药品没有经过纯化而直接用于反应中。快速柱层析是用黄海300-400目硅胶填充柱进行的。 4.2实验操作步骤： 4.2.1 CuO-L催化芳基碘化物和芳基硼酸Suzuki偶联反应一般操作： (如果芳基碘化物为液体)氮气保护下，将芳基硼酸2 (0.6 mmol)，CuO (20 mol%)，配体L (20 mol%)，碱K2CO3 (2.0 equiv)和DMF (2.0 mL)加入Schlenk反应管，抽换氮气三次后，再加入芳基碘化物1 (0.5 mmol)。将反应混合物在130 oC搅拌48小时。反应结束后，反应混合物用乙酸乙酯稀释，再用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸钠干燥。过滤，快速柱层析后得到产物3。 (如果芳基碘化物为固体)氮气保护下，将芳基碘化物1 (0.5 mmol)，芳基硼酸2 (0.6 mmol)，CuO (20 mol%)，配体L (20 mol%)，碱K2CO3 (2.0 equiv)和DMF (2.0 mL)加入Schlenk反应管，抽换氮气三次。将反应混合物在130 oC搅拌48小时。反应结束后，反应混合物用乙酸乙酯稀释，再用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸钠干燥。过滤，快速柱层析后得到产物3。 4.2.2 CuO-L催化芳基溴化物和芳基硼酸Suzuki偶联反应一般操作： 氮气保护下，将芳基硼酸2 (0.6 mmol)，CuO (20 mol%)，配体L (20 mol%)，碱Na2CO3 (2.0 equiv)和DMF (2.0 mL)加入Schlenk反应管，抽换氮气三次后，再加入芳基溴化物1 (0.5 mmol)。将反应混合物回流搅拌48小时。反应结束后，反应混合物用乙酸乙酯稀释，再用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸钠干燥。过滤，快速柱层析后得到产物3。 4.2.3 CuI-L催化芳基碘化物和末端炔烃Sonogashira偶联反应一般操作： (如果芳基碘化物为液体)氮气保护下，将CuI (10 mol%)，配体L (10 mol%)，NaOH (2.0 equiv)和DMSO (1.0 mL)加入Schlenk反应管，抽换氮气三次后再加入芳基碘化物1 (0.75 mmol)和末端炔烃4 (0.90 mol)。将反应混合物在115 oC搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用乙酸乙酯稀释，再用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸钠干燥。过滤，快速柱层析后得到产物5。 (如果芳基碘化物为固体)氮气保护下，将芳基碘化物1 (0.75 mmol)，CuI (10 mol%)，配体L (10 mol%)，NaOH (2.0 equiv)和DMSO (1.0 mL)加入Schlenk反应管，抽换氮气三次后再加入末端炔烃4 (0.90 mol)。将反应混合物在115 oC搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用乙酸乙酯稀释，再用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸钠干燥。过滤，快速柱层析后得到产物5。 4.2.4 CuI-L催化芳基溴化物和末端炔烃Sonogashira偶联反应一般操作： 氮气保护下，将CuI (20 mol%)，配体L (20 mol%)，NaOH (2.0 equiv)和DMSO (1.0 mL)加入Schlenk反应管中，抽换氮气三次后再加入芳基溴化物1 (0.75 mmol)和末端炔烃4 (0.90 mol)。将反应混合物在160 oC搅拌48小时。反应结束后，反应混合物用乙酸乙酯稀释，再用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸钠干燥。过滤，快速柱层析后得到产物5。 4.3实验数据： 4.3.1化合物3a[7]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 3.79 (s, 3H, OCH3), 6.94 (d, J = 8.4 Hz, 2H, Ar), 7.27 (t, J = 6.9 Hz, 1H, Ar), 7.39 (t, J = 7.5 Hz, 2H, Ar), 7.49-7.54 (m, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) 55.2, 114.1, 126.6, 126.7, 128.1, 128.7, 133.6, 140.7, 159.1. 4.3.2化合物3b[7]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 2.36 (s, 3H, CH3), 3.80 (s, 3H, OCH3), 6.94 (d, J = 8.7 Hz, 2H, Ar), 7.20 (d, J = 7.5 Hz, 2H, Ar), 7.43 (d, J = 7.5 Hz, 2H, Ar), 7.49 (d, J = 8.7 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) 21.0, 55.2, 114.1, 126.5, 127.9, 129.4, 133.6, 136.3, 137.9, 158.9. 4.3.3化合物3c[8]：无色液体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 2.27 (s, 3H, CH3), 3.83 (s, 3H, OCH3), 6.94 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 7.20-7.25 (m, 6H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) 20.5, 55.2, 113.5, 125.7, 126.9, 129.9, 130.2, 130.3, 134.4, 135.4, 141.5, 158.5. 4.3.4化合物3d[9]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 2.37 (s, 3H, CH3), 3.84 (s, 3H, OCH3), 6.94-6.97 (m, 3H, Ar), 7.17 (s, 2H, Ar), 7.51 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) 21.4, 55.2, 114.0, 124.6, 128.1, 128.3, 133.9, 138.1, 140.8, 158.9. 4.3.5化合物3e[7]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 3.84 (s, 3H, OCH3), 6.97 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 7.37 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 7.45-7.50 (m, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) 55.3, 114.2, 127.9, 128.0, 128.8, 132.4, 132.6, 139.2, 159.3. 4.3.6化合物3f[10]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) 2.64 (s, 3H, CH3), 7.39-7.49 (m, 3H, Ar), 7.63 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.69 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 8.04 (d, J = 8.4 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 26.7, 127.2, 127.3, 128.2, 128.9, 129.0, 135.9, 139.9, 145.8, 197.8. 4.3.7化合物3g[7]：无色液体。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) 3.74 (s, 6H, OCH3), 6.86 (dd, J1 = 6.5 Hz, J2 = 2.0 Hz, 4H, Ar), 7.38 (dd, J1 = 6.5 Hz, J2 = 2.0 Hz, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 54.3, 113.1, 126.7, 132.5, 157.7. 4.3.8化合物3h[11]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 3.85 (s, 3H, OCH3), 6.96-6.98 (m, 2H, Ar), 7.07-7.13 (m, 2H, Ar), 7.45-7.51 (m, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) 55.2, 114.2, 115.5 (d, JC-F = 21.4 Hz), 128.0, 128.1 (d, JC-F = 7.7 Hz), 132.7, 136.9 (d, JC-F = 3.2 Hz), 159.0, 162.0 (d, JC-F = 244.3 Hz). 4.3.9化合物3i[12]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz TMS) 3.81 (s, 3H, OMe), 6.65 (d, Ј = 1.2 Hz, 1H), 6.91 (d, Ј = 7.2 Hz, 2H, Ar), 7.41 (d, Ј = 7.2 Hz, 2H, Ar), 7.45 (d, Ј = 1.2 Hz, 1H), 7.65 (s, 1H). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) 55.3, 108.9, 114.3, 125.1, 126.1, 127.0, 137.7, 143.5, 158.8. 4.3.10化合物3j[13]：无色液体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 3.83 (s, 3H, OCH3), 6.86-6.90 (m, 1H, Ar), 7.11-7.19 (m, 2H, Ar), 7.30-7.36 (m, 2H, Ar), 7.39-7.44 (m, 2H, Ar), 7.56-7.59 (m, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) 55.2, 112.6, 112.8, 119.6, 127.1, 127.4, 128.7, 129.7, 141.0, 142.7, 159.9. 4.3.13化合物3k[14]：无色液体。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) 2.30 (s, 3H, CH3), 3.75 (s, 3H, OCH3), 6.78 (dd, J1= 8.1 Hz, J2 = 1.95 Hz, 1H, Ar), 7.02-7.03 (m, 1H, Ar), 7.07 (d, J = 7.7 Hz, 1H, Ar), 7.15 (d, J = 7.9, 2H, Ar), 7.24 (t, J = 7.9 Hz, 1H, Ar ) 7.39 (d, J = 8.1 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 21.1, 55.3, 112.4, 112.8, 119.6, 127.1, 129.5, 129.7, 137.2, 138.3, 142.8, 160.0. 4.3.14化合物5a[15]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 3.76 (s, 3H, OCH3), 6.84 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 7.29-7.31 (m, 3H, Ar), 7.44-7.52 (m, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 55.3, 88.1, 89.4, 114.0, 115.4, 123.6, 127.9，128.3, 131.4, 133.0, 159.6. 4.3.15化合物5b[16]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz TMS) 3.82 (s, 3H, OMe), 6.86 (d, Ј = 8.1 Hz, 2H), 7.45 (d, Ј = 8.1 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 55.2, 87.9, 113.9, 115.7, 132.8, 159.3. 4.3.16化合物5c[17]：深黄色液体。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) 3.89 (s, 3H, OCH3), 6.88-6.94 (m, 2H, Ar), 7.29-7.33 (m, 4H, Ar), 7.50 (dd, J = 7.6, 1.7 Hz, 1H, Ar), 7.56 (dd, J1 = 7.7, 1.5 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 55.9, 85.7, 93.4, 110.7, 112.4, 120.4, 123.5, 128.1, 128.2, 129.7, 131.6, 133.5, 159.9. 4.3.17化合物5d[18]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 2.50 (s, 3H, CH3), 3.81 (s, 3H, OCH3), 6.87 (dd, J = 6.8, 3.4 Hz, 2H, Ar), 7.14-7.23 (m, 3H, Ar), 7.44-7.48 (m, 3H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 20.7, 55.2, 87.0, 93.3, 114.0, 115.6, 123.3, 125.5, 127.9, 129.4, 131.6, 132.9, 139.9, 159.5. 4.3.18化合物5e：白色固体。熔点: 41-42 oC. 1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) 2.28 (s, 6H, CH3), 3.77 (s, 3H, OCH3), 6.84 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 6.92 (s, 1H, Ar), 7.14 (s, 2H, Ar), 7.44 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 21.0, 55.1, 88.4, 88.6, 113.9, 115.5, 123.1, 129.1, 129.8, 132.9, 137.8, 159.4. MS (EI) m/z: 202 (M+, 6), 142 (100), 141 (81), 128 (48), 115 (18), 91 (17). HRMS (EI) Calcd. for C17H16O requires 236.1201, Found: 202.0990. IR (neat) 3037, 2834, 2360 (C≡C), 2342 (C≡C), 1606, 1595, 1508, 1457, 1288, 1266, 1246, 1173, 1106, 1032, 849, 831, 738, 703 cm-1. 4.3.19化合物5f[16]：黄色液体。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) 2.33 (s, 3H, CH3), 3.79 (s, 3H, OCH3), 6.86 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.11 (d, J = 8.0 Hz, 1H, Ar), 7.21 (t, J = 8.0 Hz, 1H, Ar), 7.31-7.34 (m, 2H, Ar), 7.46 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 21.2, 55.2, 88.2, 89.0, 113.9, 115.4, 123.3, 128.2, 128.5, 128.8, 132.0, 133.0, 137.9, 159.5. 4.3.20化合物5g[19]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) 2.36 (s, 3H, CH3), 3.82 (s, 3H, OCH3), 6.87 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.14 (d, J = 8.0 Hz, 2H, Ar), 7.40 (d, J = 8.0 Hz, 2H, Ar), 7.46 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 21.5, 55.3, 88.2, 88.7, 114.0, 115.6, 120.5, 129.1, 131.3, 133.0, 138.0, 159.5. 4.3.21化合物5h[17]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 3.81 (s, 3H, OCH3), 6.87 (d, J = 8.9 Hz, 2H, Ar), 7.30 (d, J = 8.6 Hz, 2H, Ar), 7.42 (d, J = 8.6 Hz, 2H, Ar), 7.47 (d, J = 8.9 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 55.3, 87.0, 90.4, 114.1, 115.0, 122.2, 128.6, 132.6, 133.1, 133.9, 159.8. 4.3.22化合物5i[20]：白色固体。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) 3.83 (s, 3H, OCH3), 6.88 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.03 (t, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.45-7.50 (m, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 55.3, 87.0, 89.0, 114.0, 115.2, 115.6 (d, JC-F = 22 Hz), 119.7 (d, JC-F = 3.5 Hz), 133.0, 133.3 (d, JC-F = 8.1 Hz), 159.7, 162.3 (d, JC-F = 247.5 Hz). 4.3.23化合物5j[21]：浅黄色固体。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) 3.82 (s, 3H, OCH3), 6.87 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 7.14 (td, J = 7.8, 1.8 Hz, 1H, Ar), 7.27 (td, J = 7.8, 1.2 Hz, 1H, Ar), 7.50-7.54 (m, 3H, Ar), 7.59 (dd, J = 13.0, 1.5 Hz, 1H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 55.3, 86.8, 94.0, 114.0, 114.9, 125.4, 125.7, 127.0, 129.0, 132.3, 133.0, 133.1, 159.9. 4.3.24化合物5k[22]：黄色液体。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) 3.785 (s, 3H, OCH3), 3.787 (s, 3H, OCH3), 6.86 (d, J = 8.5 Hz, 3H, Ar), 7.04 (dd, J = 2.0, 1.5 Hz, 1H, Ar), 7.10-7.11 (t, J = 1.5 Hz, 1H, Ar), 7.22 (t, J = 8.0 Hz, 1H, Ar), 7.46 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 55.18, 55.19, 88.0, 89.2, 114.0, 114.6, 115.2, 116.2, 124.0, 124.6, 129.3, 133.0, 159.3, 159.6. 4.3.25化合物5l[23]：浅黄色固体。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) 3.81 (s, 3H, OCH3), 6.89 (dd, J = 8.5, 2.5 Hz, 1H, Ar), 7.06 (s, 1H, Ar), 7.13 (d, J = 7.5 Hz, 1H, Ar), 7.23-7.26 (m, 1H, Ar), 7.32-7.34 (m, 3H, Ar), 7.53-7.54 (m, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) 55.3, 89.2, 89.3, 114.9, 116.3, 123.2, 124.2, 124.3, 128.27, 128.32, 129.4, 131.6, 159.4. 5、参考文献： [1] (a) Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions; Eds.: de Meijere, A.; Diederich, F.; 2nd Ed.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2004, Vols. 1-2. 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Synthesis 2005, 1706. (n) Beletskaya. I. P.; Cheprakov, A. V. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 2337. (o) Thathagar, M. B.; Beckers, J.; Rothenberg, G. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11858. (p) Li, J.-H.; Li, J.-L.; Wang, D.-P.; Pi, S.-F.; Xie, Y.-X.; Zhang, M.-B.; Hu, X.-C. J. Org. Chem. 2007, 72: 2053. (q) Thathagar, M. B.; Beckers, J.; Rothenberg, G. Adv. Synth. Catal. 2003, 345, 979. (r) Li, J.-H.; Wang, D.-P. Eur. J. Org. Chem. 2006, 2063. (s) Li, J.-H.; Li, J.-L.; Xie, Y.-X. Synthesis 2007, 984. (t) Mao, J.-C.; Guo, J.; Fang, F.-B.; Ji, S.-J. Tetrahedron 2008, 64, 3905. [6] Lu, J.-M.; Ma, H.; Li, S.-S.; Ma, D.; Shao, L.-X. Tetrahedron 2010, 66, 5185. [7] Wang, J.-W.; Meng, F.-H.; Zhang, L.-F. Organometallics 2009, 28, 2334. [8] Yoshikai, N.; Matsuda, H.; Nakamura, E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9590. [9] So, C. M.; Lee, H. W.; Lau, C. P.; Kwong, F. Y. Org. Lett. 2009, 11, 317. [10] Han, Y.; Lee, L. J.; Huynh, H. V. Organometallics 2009, 28, 2778. 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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的:本作品旨在发展一种低成本铜盐和稳定易得低毒的非膦化合物为配体的新型催化体系，来高效实现Suzuki和Sonogashira偶联反应的新方法，以达到铜盐催化碳-碳键形成的研究目的。 基本思路:首先以对甲氧基碘苯和苯硼酸（或苯乙炔）为底物，研究筛选各种铜盐、配体、碱、溶剂以及温度等对反应的影响，得到最优化的反应条件。再在最优化的条件下，对各种反应底物进行拓展，以研究反应对各种底物的普适性。
科学性、先进性及独特之处
- 1)原创性:本作品得到了2项省大学生科技创新项目的资助，并以本科生团队为第一完成人发表了SCI论文两篇，IF分别为2.0和1.7。 2)先进性及经济性:以廉价的金属铜盐代替昂贵的钯盐，可节约催化剂成本90%以上。 3)环保性：以稳定易得、低毒的非膦配体代替传统有毒含磷配体，反应安全、环保。 4)应用前景：本作品发展的方法可以应用于含有联芳基和内炔类结构的药物、光学材料等的合成。
应用价值和现实意义
- 本作品发展的方法摒弃了传统昂贵的钯盐及有毒膦配体的使用，以低廉的铜盐和稳定、易得、低毒的非膦配体为催化体系，高效地实现了Suzuki和Sonogashira偶联反应。本方法可广泛应用于联苯和炔烃类化合物的合成。这些化合物不但具有生物活性，还具有功能材料的性能。如用于治疗高血压和心脏病的沙坦类药物就含有联苯基结构，且目前具有非常大的市场需求量；又比如许多液晶和光敏材料的原料即为炔烃类化合物。
学术论文摘要
- 过渡金属催化的Suzuki和Sonogashira偶联反应是形成碳-碳键的重要方法。传统的偶联反应，常用的催化剂为金属钯盐，常用的配体为有机膦化合物。金属钯盐催化剂不但价格昂贵，而且易造成产品中微量钯的残留而导致产品重金属中毒。此外，有机膦配体，特别是高活性的有机膦配体，一般在空气中不稳定，易被氧化变质，以致于至今钯/膦配体催化体系不能在工业上大规模使用，因此研究开发价廉、安全、易操作的新型催化体系是现代有机合成中的关键难题之一。本作品选用对空气稳定、易得的2,2’-二胺基-6,6’-二甲基联苯为配体，廉价的铜盐为催化剂，实现了芳基碘化物和溴化物的Suzuki和Sonogashira偶联反应，该反应具有收率高、安全、易操作等优点。同时，本方法对各种底物具有广泛的适用性，高效地合成了一系列联芳基和内炔类化合物，并可进一步应用于药物、光学、液晶材料等的合成。
获奖情况
- 1)Catal. Lett. 2010, 139, 141-144 (SCI论文，影响因子2.0). 2)Bull. Chem. Soc. Jpn. 2011, 84, 526-530(SCI论文，影响因子1.7). 3)本作品荣获浙江省第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 4)本作品荣获校级第四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖和最佳表现奖。
鉴定结果
- 本作品中的成果已分别发表在SCI收录的国际期刊Catalysis Letters和Bulletin of the Chemical Society of Japan上。
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 过渡金属催化的偶联反应是形成碳-碳键最重要和有效的方法之一。也正由于其重要性，过渡金属钯催化的偶联反应荣获了2010年度诺贝尔化学奖。传统的偶联反应中常用的催化剂为金属钯盐，常用的配体为含磷化合物。金属钯盐价格昂贵，每公斤为八到二十万元人民币，而且钯盐催化剂不但易导致产品中微量金属钯的残留而使产品受到重金属污染，限制了金属钯盐在工业上特别是药物合成中的广泛应用。传统的含磷配体，特别是高活性的含磷配体，大多数在空气中易被氧化变质，且具有高毒性,其广泛的使用将导致水体富营养化而对环境造成严重污染。相反，金属铜盐价格相当低廉，每公斤仅需几百元人民币。近年来，研究者们逐渐倾向于将价格低廉的金属铜盐应用于碳-碳键的形成中。但目前大量文献的报导中，仍应用有毒的含磷化合物为配体，易导致严重的环境问题。另外，应用非膦化合物为配体的偶联反应中，有些非膦配体价格昂贵或反应条件苛刻(比如反应温度需要140度以上)。而应用金属铜盐和非膦配体的催化体系,对芳基溴化物的Sonogashira偶联反应，鲜有文献报导。为此，发展价廉的铜盐为催化剂，稳定易得低毒的非膦配体，高效、安全地实现Suzuki和Sonogashira偶联反应，达到铜盐催化碳-碳键形成的研究目的，具有非常重要的现实意义。
