于宏偉，韓衛(wèi)榮，周中高，施繼成

(1.石家莊學(xué)院化工學(xué)院，石家莊 050035;2.贛南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，贛州 341000;3.福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院，福州 350007)

Pd催化芳基硼酸與鹵代芳烴的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)被稱為 Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)。由于芳基硼酸具有易于合成、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，使得Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)成為生成 C—C鍵的重要方法，而被廣泛應(yīng)用于液晶材料領(lǐng)域中［1－5］。傳統(tǒng)的Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)通常選擇大空間位阻、富電子的三價(jià)膦化合物配體［1－2］，例如 P(t－Bu)3和P(t－Bu)2(Biphenyl)。盡管膦配體具有很高的反應(yīng)活性，但由于對水和空氣比較敏感，且合成工藝復(fù)雜，影響了其在Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)中的廣泛應(yīng)用。N－雜環(huán)卡賓(NHC)配體和膦配體類似，具有大的空間位阻及很強(qiáng)的給電子能力，且合成更為簡單［6－11］，自從被發(fā)現(xiàn)以來［3］，便廣泛應(yīng)用于金屬有機(jī)化學(xué)及催化化學(xué)［4－5］。筆者參考相關(guān)文獻(xiàn)［12－15］制備出 1，3 － 雙(2，6 － 二烷基苯基)氯化咪唑鎓鹽(1a和1b)，并對其在Pd催化Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

4－三氟甲基氯苯，叔丁醇鈉，醋酸鈀，正癸烷(Alfa Aesar試劑公司);其他試劑均為國產(chǎn)市售分析純試劑。Suzuki－Miyaura催化偶聯(lián)反應(yīng)中所用試劑均按照Schlenk技術(shù)經(jīng)過嚴(yán)格的脫水及脫氧處理。

Varian 400 MHz核磁共振波譜儀，美國Varian公司;Bruker 400 MHz核磁共振波譜儀，瑞士Bruker公司;GC 7890F氣相色譜儀，上海天美科學(xué)儀器有限公司;Spectrum 100紅外光譜儀，美國Perkin Elmer公司。

1.2 配體的合成

1，3－雙(2，6－二烷基苯基)氯化咪唑鎓鹽的合成路線見圖1。室溫高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將10 mmol N，N'－雙(2，6－二烷基苯基)乙烷二亞胺［14］和0.30 g多聚甲醛依次加入40 mL脫氣干燥的甲苯中。將混合物加熱至100℃，待大部分多聚甲醛固體溶解，冷卻至室溫，緩慢加入5 mL(2.2 mol/L，11 mmol)HCl的二氧六環(huán)溶液中。將混合物加熱到70℃，加熱5 h，至混合物的顏色變?yōu)楹稚?，并且生成沉淀。冷卻至室溫，減壓蒸餾除去溶劑，得到固體。1a:冷乙酸乙酯洗滌產(chǎn)品(5 mL × 3)，得白色固體 1，3－雙(2，6－二甲基苯基)氯化咪唑鎓鹽，收率35%。IR(KBr壓片)υ/cm－1:2871，1532，1474，1401;1H NMR(DMSO － d6，400 MHz，TMS)δ:2.18(s，12 H)，7.40(d，4 H)，7.50(s，2 H)，8.36(s，2 H)，9.75(s，1 H);1b:采用柱層析分離提純，展開劑組成 V甲醇∶V二氯甲烷=1∶9，得到淡粉色固體，1，3 －雙(2，6－二異丙基苯基)氯化咪唑鎓鹽，收率40%。IR(KBr 壓片)υ/cm－1:2967，2932，2871，1533，1475，1401;1H NMR(CDCl3，400 MHz，TMS)δ:1.24(d，24 H)，2.43(m，4 H)，7.35(m，4H)，7.52(m，2 H)，8.14(s，2 H)，10.04(s，1 H)。

圖1 1，3－雙(2，6－二烷基苯基)氯化咪唑鎓鹽的合成路線

1.3 Suzuki－Miyaura 偶聯(lián)反應(yīng)

高純氮?dú)庀?，向干燥?Schlenk瓶中依次加入 2.2 mg Pd(OAc)2、0.012 mmol配體、96.3 mg叔丁醇鈉及3.0 mL 1，4－二氧六環(huán)。80℃ 下攪拌反應(yīng)0.5 h，冷卻至室溫，依次加入90.3 mg 4－三氟甲基氯苯、91.4 mg苯硼酸及0.5 mmol內(nèi)標(biāo)正癸烷。加熱回流反應(yīng)21 h，氣相色譜儀跟蹤反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，加入10 mL水，乙醚萃取水相(5 mL×3)，合并有機(jī)相，無水硫酸鈉干燥，過濾濃縮，柱層析分離提純(硅膠100～200 目;展開劑組成 V乙酸乙酯∶V石油醚=1∶10)，得到白色固體。1H NMR(CDCl3，400 MHz，TMS)δ:7.33(m，1H)，7.40(m，2H)，7.54(m，2H)，7.62(s，4H)。

2 結(jié)果與討論

Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)包括配體與 Pd的配位、氧化加成、金屬轉(zhuǎn)移及還原消除4個(gè)步驟［16－17］，反應(yīng)機(jī)理如圖2 所示。

圖2 Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)機(jī)理

配體1a或1b在叔丁醇鈉作用下，首先與Pd(OAc)2在二氧六環(huán)溶液中原位生成Pd－單齒NHC配合物(LnPd0)。LnPd0具有很好的催化活性，加熱回流21 h，催化4－三氟甲基氯苯與苯硼酸的Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)，收率分別達(dá)到98%和99%。而常見的催化體系 Pd(OAc)2/PPh3在相同的反應(yīng)條件下收率僅28%。

在Suzuki－Miyaura催化偶聯(lián)反應(yīng)氧化加成步驟中，LnPd0具有空配位點(diǎn)，有利于底物(4－三氟甲基氯苯)的氧化加成。此外，LnPd0分子中的單齒卡賓與膦配體相似，具有很強(qiáng)的給電子能力，與過渡金屬Pd的d軌道形成化學(xué)鍵，電子從卡賓流向Pd。在氧化加成過程中，底物的反鍵軌道中填充來自Pd的d軌道富裕電子，進(jìn)一步減少底物分子內(nèi)的鍵能，有利于氧化加成。氧化加成是Suzuki－Miyaura催化偶聯(lián)反應(yīng)的決速步驟，所以通常Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)要選擇富電子的膦或卡賓作為配體。在金屬轉(zhuǎn)移步驟中，堿的選擇很重要，Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)中常用的堿包括碳酸銫、碳酸鉀、叔丁醇鈉等［16－17］，對于本催化體系，叔丁醇鈉的效果最理想。在還原消除步驟中，配體的空間位阻起主要作用，因此選擇Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)配體的另一個(gè)原則是要有較大的空間位阻。LnPd0分子中的烷基苯基團(tuán)具有很大的空間位阻，有利于還原消除。但并非大空間位阻和富電子的配體的催化活性一定高，它們之間存在微妙的平衡［16－17］。

3 結(jié)論

制備了1，3－雙(2，6－二烷基苯基)氯化咪唑鎓鹽1a和1b，收率分別為35%和40%。研究了Pd(OAc)2/(1a或1b)催化4－三氟甲基氯苯與苯硼酸的Suzuki－Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)，收率分別為98%和99%，活性高于傳統(tǒng)催化體系Pd(OAc)2/PPh3。

［1］Littke A F，Dai C Y，F(xiàn)u G C.Versatile catalysts for the suzuki cross－coupling of arylboronic acids with aryl and vinyl halides and triflates under mild conditions［J］.J Am Chem Soc，2000，122(17):4020－4028.

［2］Wolfe J P，Buchwald S L.A highly active catalyst for the room－temperature amination and suzuki coupling of aryl chlorides［J］.Angew Chem Int Ed，1999，38(16):2413 －2416.

［3］Arduengo III A J，Harlow R L，Kline M.A stable crystalline carbine［J］.J Am Chem Soc，1991，113(1):361 －363.

［4］Yu H W，Tong Q S，Jia L，et al.Novel bis(phosphine － immidazolium salts)bridged by polyethylene glycol(PEG):synthesis and aqueous Suzuki reaction［J］.Chinese Journal of Organic Chemistry，2011，31(5):742 －746.

［5］Altenhoff G，Goddard R，Lehmann C W，et al.An N － heterocyclic carbene ligand with flexible steric bulk allows suzuki cross－coupling of sterically hindered aryl chlorides at room temperature［J］.Angew Chem Int Ed，2003，42(31):3690 －3693.

［6］Hadei N，Kantchev E A，Obrien C J，et al.Room － temperature negishi cross－coupling of unactivated alkyl bromides with alkyl organozinc reagents utilizing a Pd/n－h(huán)eterocyclic carbene catalyst［J］.J Org Chem，2005，70(21):8503 － 8507.

［7］Grasa G A，Viciu M S，Huang J，et al.Suzuki－ Miyaura cross－coupling reactions mediated by palladium/imidazolium salt systems［J］.Organometallics，2002，21(14):2866 －2873.

［8］Grasa G A，Nonlan S P.Palladium/imidazolium salt catalyzed coupling of aryl halides with hypervalent organostannates［J］.Organic Letters，2001，3(1):119 －122.

［9］Lee H M，Nolan S P.Efficient cross－coupling reactions of aryl chlorides and bromides with phenyl or vinyltrimethoxysilane mediated by a palladium/imidazolium chloride system［J］.Organic Letters，2000，2(14):2053 －2055.

［10］Marion N，Ecarnot E C，Navarro O，et al.(IPr)Pd(acac)Cl:an easily synthesized efficient and versatile precatalyst for CN and C － C bond formation［J］.J Org Chem，2006，71(10):3816－3821.

［11］Grasa G A，Viciu M S，Huang J，et al.Amination reactions of aryl halides with nitrogen－containing reagents mediated by palladium/imidazolium salt systems［J］.J Org Chem，2001，66(23):7729－7737.

［12］Arduenngo A J.Preparation of 1，3 － disubstituted imidazolium salts:US，5077414［P］.1991 －12 －03.

［13］Jafarpour L，Stevens E D，Nolan S P.A sterically demanding nucleophilic carbine:1，3 － bis(2，6 － diisopropylphenyl)imidazol－2－ylidene thermochemistry and catalytic application in olefin metathesis［J］.Journal of Organometallic Chemistry，2000，606(1):49 －54.

［14］ArduenngoⅢ A J，Krafczyk R，Schmutzler R.Imidazolylidenes imidazolinylidenes and imidazolidines［J］.Tetrahedron，1999，55(51):14523－14534.

［15］Delaude L，Szypa M，Demonceau A，et al.New in situ generated ruthenium catalysts bearing N－h(huán)eterocyclic carbene ligands for the ring－opening metathesis polymerization of cyclooctene［J］.Adv Synth Catal，2002，344:749 －756.

［16］Jia L，Yu H W，Tong Q S，et al.Application of oxygen － functionalized phosphines as supporting ligands in the palladiumcatalyzed suzuki－miyaura reaction［J］.Chinese Journal of Organic Chemistry，2008，28(6):1115 －1118.

［17］Yu H W，Shi J C，Zhang H，et al.Unsymmetric－1，3 －disubstituted imidazolium salt for palladium －catalyzed suzukimiyaura cross－ coupling reactions of aryl bromides［J］.Journal of Molecular Catalysis A，2006，250:15 －19.