钯纳米颗粒负载在聚苯胺材料上制得催化Suzuki-Miyaura偶联反应的高效催化剂

在最近的几十年里,金属钯催化的Suzuki-Miyaura偶联反应已经得到了越来越多的关注,被广泛应用于药物、天然产物以及新材料的合成.与此同时均相催化剂发展迅速,高效的配体和大量的设计被用于Suzuki-Miyaura偶联反应中,但是钯催化剂的配体通常很昂贵和难以合成,因此钯催化剂系统的回收是非常有价值的,不仅是经济上的原因,同时也避免了产品的污染,所以发展非均相催化剂是必要的.近年来,研究学者们致力于设计非均相的钯催化剂,如将钯纳米颗粒负载到金属有机骨架、介孔分子筛以及活性炭等多种材料上得到的非均相钯催化剂并应用于Suzuki-Miyaura偶联反应中.我们主要介绍了钯纳米颗粒被负载在含磷配体的交联的聚苯胺材料上制得负载的钯催化剂,首先通过钯催化的三(4-碘苯基)胺与金刚烷基膦的C–P偶联,再由钯催化三(4-碘苯基)胺与对苯二胺的C–N偶联,进而得到钯纳米颗粒负载在含金刚烷基膦的聚苯胺材料上的催化剂Pd@PAN-Ad-0.5(钯含量为0.58 wt%),同时我们对催化剂进行了一些表征,如TEM,SEM,XRD,EDX,XPS,FT-IR,ICP等.通过TEM分析,我们发现钯纳米颗粒在聚合物表面分布均匀,并且金属钯的平均粒径为2–3 nm;EDX检测显示催化剂含有C,N,P,Pd,I元素,说明钯负载到含金刚烷基膦的聚苯胺材料上的催化剂Pd@PAN-Ad-0.5已经形成,并被用于Suzuki-Miyaura偶联反应.我们对反应体系中的各种影响因素进行了优化,包括溶剂、碱、反应时间、催化剂加入量以及不同的催化剂的优化,最终确定了最佳反应条件;对于带有不同取代基(如腈基、甲氧基、醛基、酮基以及硝基)的氯代芳烃和溴代芳烃与苯硼酸的Suzuki-Miyaura反应,以较少的催化剂使用量(0.075 mol%Pd)就能获得较高的相应的联苯产物收率.此外,催化剂Pd@PAN-Ad-0.5在偶联反应中具有较高的反应活性的同时,还具有较好的回收使用能力(至少能够回收使用5次),循环使用4次以后还具有较高的催化活性.为了探索催化剂Pd@PAN-Ad-0.5在工业上的应用,由于4'-氯-2-硝基-1,1'-联苯是合成啶酰菌胺药物的重要中间体,因此我们使用催化剂Pd@PAN-Ad-0.5催化2-硝基氯苯与4-氯苯硼酸的偶联反应,目标产物4'-氯-2-硝基-1,1'-联苯的收率高达96%.我们相信这类催化剂应用于实验室或工业上合成联苯化学品具有较大的潜力.     

醚功能化的膦配体的合成、负载及其在钯催化的Suzuki-Miyaura反应中的应用

合成了一种新的醚功能化的二茂铁膦3,连到Merrifield树脂上形成负载型的膦配体4;分别开展了膦配体3及其负载型的4在钯催化的Suzuki-Miyaura偶联反应中催化研究;发现相应形成的均相和多相钯催化剂可高产率地催化一系列的溴代芳烃与芳基硼酸偶联形成相应的联芳烃,以及负载型催化剂在不补加钯时具有一定的循环性能.     

新型联苯类双膦配体的合成及钯催化Suzuki-Miyaura反应

以易得3-溴苯甲醚为原料经四步反应合成了新联苯双膦配体6,6'-二甲氧基-2,2'-二(二-2-吡啶基膦)-1,1'-联苯(DPP),且经氢谱、磷谱、碳谱和高分辨质谱表征.此配体的钯配合物对多种芳基溴和苯硼酸的Suzuki-Miyaura偶联反应表现出很高的催化性能,即使芳基溴有较大的空间位阻或者带有官能团取代基也能获得很好的结果.     

十二烷基磺酸根插层水滑石负载纳米钯催化的 Suzuki 偶联反应

 首次制备了十二烷基硫酸根 (DS–) 插层水滑石负载的纳米钯无膦配体型的 Suzuki 偶联反应催化剂. DS–进入到水滑石层间, 使层间距从微孔增至 2.9 nm, 从而有利于中等尺度的有机分子在催化剂表面的扩散. 进一步以 PdCl42–交换该水滑石得到 DS–和 PdCl42– 双插层的水滑石. 还原后可得到层间插有金属钯纳米团簇的水滑石. 由于 DS–插层后在水滑石层板间形成的空间有限, 限制了 Pd0 团簇的进一步生长. 作为一种亲油性的非均相催化剂, 该类催化剂可有效促进卤代芳烃与苯硼酸的 Suzuki 偶联反应. 催化剂循环使用 5 次后活性基本得以保持.     

氧官能化的膦配体在钯催化的Suzuki-Miyaura反应中的应用

合成了带甲氧基和羟基官能团的二茂铁膦配体, 评价了它们在钯催化的Suzuki-Miyaura偶联反应中的性能, 发现带甲氧基的膦配体对钯催化的Suzuki-Miyaura偶联反应有更好的性能, 可催化富电子溴代芳烃和缺电子氯代芳烃与苯硼酸反应高产率地生成相应的联芳烃产物.     

聚苯胺负载铜催化嘧啶-2-胺的Buchwald-Hartwig偶联反应

Buchwald-Hartwig偶联反应可用于嘧啶-2-胺的修饰.由于嘧啶-2-胺结构在药物中广泛存在,该反应有重要的工业应用价值.聚苯胺负载铜催化剂可由苯胺在铜盐存在下氧化聚合来合成,该催化剂可催化嘧啶-2-胺的BuchwaldHartwig偶联反应.由于聚苯胺载体上氮本身就具有配位性能,该反应无需添加额外配体,即可以较高转化数(TON)催化反应.作为非均相催化剂,聚苯胺负载铜可回收利用,从而显著降低催化剂成本,符合工业应用需求.     

发展高效的不对称Suzuki-Miyaura偶联反应及其合成应用

为解决不对称Suzuki-Miyaura交叉偶联反应中活性和选择性问题,我们设计并发展了一系列结构刚性的手性联芳基单膦配体.在发展高活性的大位阻交叉偶联反应方面,成功地实现了邻位四取代芳基芳基之间的Suzuki-Miyaura交叉偶联,并发展了官能团化的大位阻交叉偶联,在邻位二取代芳基溴苯与二级烷基硼酸之间的大位阻芳基烷基交叉偶联中也取得进展.在发展高立体选择性的交叉偶联反应方面,我们采用手性大位阻单膦配体和底物间次级作用相结合的设计理念,利用苯并噁唑啉酮辅基和芳基间的π-π作用,成功地发展了高立体选择性的邻位酰基化芳基芳基间不对称Suzuki-Miyaura偶联;利用极性基团双(2-氧代-3-噁唑烷基)次磷酰基(BOP)辅基和芳基间的极性π作用,成功地实现了应用性强的邻位氧基取代芳基芳基间高效不对称Suzuki-Miyaura偶联.最后我们首次将高效的不对称SuzukiMiyaura偶联方法学应用于天然产物合成,完成了手性联芳基天然产物Korupensamine A和Korupensamine B的高效不对称合成,并完成天然产物Michellamine B的立体选择性全合成.     

1,2-二苯基乙烯基膦钯(Ⅱ)催化的 Sonograshira交叉偶联反应

合成了含有大位阻和富电子膦配体的1,2-二苯基乙烯基膦配体, 并研究了以1,2-二苯基乙烯基膦配体和二氯化二苯腈合钯(Ⅱ)为催化剂催化的Sonograshira交叉偶联反应.     

Complex Pd( Ⅱ ) with Vinyiphosphine and Its Application in Sonograshira Cross Coupling Reaction

合成了含有大位阻和富电子膦配体的1,2-二苯基乙烯基膦配体,并研究了以1,2-二苯基乙烯基膦配体和二氯化二苯腈合钯(Ⅱ)为催化剂催化的Sonograshira交叉偶联反应.     

氯化钯在氟化四丁基铵中当场生成纳米钯：一种高效、可回收的催化体系，在无配体和无溶剂条件下催化Suzuki-Miyaura反应

氯化钯在氟化四丁基铵中当场生成纳米钯,该钯催化剂在Suzuki-Miyaura交叉偶联反应中显示很高的催化效率。在氯化钯和氟化四丁基铵存在下,许多芳基卤代烃可以顺利与芳基硼酸发生偶联反应,得到中等到高的产率。此外,在Suzuki-Miyaura偶联反应中该氯化钯/氟化四丁基铵催化体系可以回收重复使用多次,并且芳基溴代烃可以在15-60分钟内反应完全。值得指出的是,该反应是在无溶剂、无配体和催化体系可回收重复使用的条件下进行的。这和无配体条件下TBAB中钯催化卤代芳烃与芳基硼酸的Suzuki-Miyaura交叉偶联反应方法。该氯化钯/氟化四丁基铵催化反应的反应机理也进行了讨论。     

新型含咔唑双膦配体-钯催化 Suzuki 反应

 以 3-溴苯甲醚为原料合成了新型双膦配体 6,6′-二甲氧基-2,2′-二 (二-N-咔唑基膦)-1,1′联苯, 并将该配体与钯组成的配合物用于对溴苯甲醚和苯硼酸的 Suzuki 偶联反应, 考察了溶剂、碱、底物/催化剂摩尔比、膦/钯摩尔比对偶联反应的影响. 结果表明, 该催化体系在 1,4-二氧六环中催化对溴苯甲醚和苯硼酸的 Suzuki 偶联反应得到 99% 的分离产率. 同时, 该催化体系用于其它芳基溴和苯硼酸的 Suzuki 偶联反应也表现出很好的催化性能, 即使芳基溴有较大的空间位阻或具有取代基也能获得很好的结果.     

铃木-宫浦羰化反应在合成二芳基甲酮中的应用

近年来,钯催化的芳基卤化物和芳基硼酸化合物的羰化偶联反应发展十分迅速。到目前为止,大量硼酸化合物、钯催化剂前体、配体和羰基源被用来合成二芳基甲酮,此类化合物在工业中间体、染料、药剂、天然产物等领域有着广泛的应用。本文从钯催化剂体系、转金属促进剂、羰基源及其应用方面综述了铃木-宫蒲（Suzuki-Miyaura or Suzuki）羰化反应的研究进展。钯催化剂体系从均相和非均相体系两方面介绍,其中均相催化体系包括钯催化剂前驱体、磷配体、氮杂卡宾配体的研究进展;非均相催化体系主要介绍了活性炭、石墨烯、官能化硅胶、四氧化三铁等载体多种固载钯催化剂的应用。特戊酸添加剂可改善转金属化过程,有效加速羰化偶联反应。经典的羰化Suzuki反应一般需要气体钢瓶提供压力较高的一氧化碳气体。尽管近期一些研究实现了常压一氧化碳气球作为羰基供给源,使用一氧化碳释放分子（CO-releasing molecule,CORM）替代剧毒危险的一氧化碳气体可实现更为安全绿色的羰化反应进程。在双管反应器中,有机CORM可控降解释放一氧化碳,为钯催化羰基偶联反应提供CO。在微波辐射下,过渡金属羰基化合物可为羰基化反应原位直接提供CO。     

胺作为配体在钯催化偶联反应中应用

对近期我们研究小组及其它研究小组在利用胺作为钯催化偶联反应的配体研究进展进行了总结. 钯/胺作为催化体系主要应用的偶联反应包括: Suzuki-Miyaura交叉反应, Sonogashira交叉反应, Stille交叉反应, Hiyama交叉反应和Heck反应. 研究结果表明胺可以作为价廉和高效的配体促进钯催化交叉偶联反应.     

钯-单膦催化剂在烯烃不对称硅氢化反应中的应用

烯烃的不对称硅氢化反应作为合成手性仲醇的一种重要方法,受到了国内外众多学者的关注.研究表明,钯-单膦催化剂对该类反应有着优异的催化活性和选择性.由于结构稳定、易于合成及修饰、催化性能独特等优点,手性单膦配体取得了迅速的发展.其中,基于二茂铁骨架的平面手性膦配体、基于联芳基骨架的轴手性膦配体以及手性亚磷酰胺酯配体在烯烃的不对称硅氢化反应中取得了优异的催化效果.详细总结了近年来钯-单膦催化剂催化的烷基烯烃、苯乙烯及其衍生物、1,3-二烯烃等底物的不对称硅氢化反应研究进展,并对其发展前景进行了展望.     

纳米碳纤维负载钯催化剂在Heck反应中的应用——载体相互作用的影响

使用多元醇还原法制备了均匀分散的钯纳米颗粒.将钯纳米颗粒负载于板式、鱼骨式和管式纳米碳纤维,得到稳定、可重复使用的非均相催化剂.实验结果表明,钯纳米胶粒同载体之间的电位差对钯在载体上的负载量、粒子大小以及Heck反应中钯的溶失量有很大的影响.在制备过程中,增加钯纳米胶粒同纳米碳纤维表面的电位差能够大大降低钯在Heck反应中的流失.催化剂的反应活性随钯粒子的增大而降低.     

Au(Ⅰ)配合物催化剂室温高效催化炔烃水合反应

合成了一系列(1,1'-联苯)-2-二(1-金刚烷基)磷配体,并制备出8种相应的Au(Ⅰ)配合物.以甲醇为溶剂,在6-十二炔水合反应中考察了8种Au(Ⅰ)配合物的催化性能,结果表明,以含有3'-(吡咯-1-羰基)官能团的Au(Ⅰ)配合物为催化剂时,其用量仅需炔烃用量的0.1%~0.3%(摩尔分数),室温下即可高效地催化炔烃进行水合反应.     

Au(Ⅰ)配合物催化剂室温高效催化炔烃水合反应

合成了一系列(1,1'-联苯)-2-二(1-金刚烷基)磷配体, 并制备出8种相应的Au(Ⅰ)配合物. 以甲醇为溶剂, 在6-十二炔水合反应中考察了8种Au(Ⅰ)配合物的催化性能, 结果表明, 以含有3'-(吡咯-1-羰基)官能团的Au(Ⅰ)配合物为催化剂时, 其用量仅需炔烃用量的0.1%~0.3%(摩尔分数), 室温下即可高效地催化炔烃进行水合反应.     

SBA-15负载钯催化剂的制备及其在超临界二氧化碳介质中催化Suzuki偶联反应的研究

采用3-巯丙基三甲氧基硅烷为内表面修饰剂,三甲氧基苯基硅烷为外表面修饰剂,合成了内外表面被修饰的介孔分子筛SBA-15,并制备了负载钯催化剂.应用X射线粉末衍射仪(XRD),傅立叶红外光谱仪(FT-IR),紫外可见光谱仪,扫描(SEM)、透射(TEM)电子显微镜等仪器对材料结构进行了表征.考察了负载钯催化剂在超临界二氧化碳介质中催化Suzuki偶联反应的活性,结果表明:制得的负载钯催化剂稳定、活性高;以四丁基乙酸胺为碱,对溴硝基苯与苯硼酸在90℃下反应48 h,得到71%收率的对硝基联苯.     

双齿有机膦二茂铁钯(II)配合物的合成和催化活性

以1,1'-双(二苯基膦)二茂铁(dppf)、1,1'-双(二叔丁基膦)二茂铁(dtbpf)为配体,合成了一类双齿有机膦二茂铁钯(Ⅱ)配合物[(dppf)PdCl_2]、[(dtbpf)PdCl_2]、[(dppf)PdBr_2]和[(dtbpf)PdBr_2],通过核磁共振对配合物进行化学结构表征。评价了它们对Suzuki偶联反应、Sonogashira偶联反应、Heck偶联反应以及2-羟基吡啶与硼酸试剂之间的偶联反应的催化作用。结果表明,配合物化学性质稳定,在非保护气氛下能高效地催化一系列偶联反应。催化剂在单边Sonogashira偶联反应中不但具有较高的催化活性,而且有很好的选择性,显示出很好的应用前景。     

二茂铁咪唑盐的合成及其在Suzuki-Miyaura反应中的应用

合成了硫醚官能化、膦官能化及未官能化的二茂铁咪唑盐,并研究了以其作为N-杂环卡宾配体前体对Pd催化的Suzuki-Miyaura偶联反应的影响,发现在4-甲基溴苯与苯硼酸偶联反应中以膦官能化的配体对催化性能提高有利,而硫醚官能化不利于催化性能提高。