過(guò)渡金屬催化（類）鹵化物和不同金屬試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)是構(gòu)建不同類型C-C鍵和C-X（X=N, O, S, P）的重要方法之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工、材料和香料等領(lǐng)域。2010年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家Richard F. Heck、日本科學(xué)家Ei-ichi Negish和Akira Suzuki，以表彰他們?cè)阝Z催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)領(lǐng)域的重要貢獻(xiàn)。1,3-雙(二苯基膦丙烷)二氯化鎳因其廉價(jià)且活性高，在偶聯(lián)反應(yīng)中在越來(lái)越備受關(guān)注。

Negishi偶聯(lián)反應(yīng)

2005年Saeki等首次報(bào)道使用物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)0.01% PdCl₂(DPPP)(DPPP為1,3-雙(二苯基膦)丙烷)作為催化劑，可以高效、高區(qū)域選擇性催化實(shí)現(xiàn)1,1二氟烯烴1a中反式C-F鍵和對(duì)甲基苯基氯化鋅2a的Negishi偶聯(lián)反應(yīng)，以70%收率得到單氟烯烴(Z)-3a，反應(yīng)中也同時(shí)觀察到23%的雙偶聯(lián)副產(chǎn)物4a(圖1)。作為對(duì)照，如果改用對(duì)甲基苯基溴化鎂5a作為親核試劑，利用物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)1% 1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]作為催化劑，雙偶聯(lián)副產(chǎn)物4a產(chǎn)率升高至58%。上述數(shù)據(jù)充分說(shuō)明在實(shí)現(xiàn)烯基氟試劑參與的偶聯(lián)反應(yīng)時(shí)，選用合適的親核金屬試劑以及催化劑至關(guān)重要。^[1]

2006年，Walters等先將烷基鹵化物、鋅試劑與催化劑1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]加入二氧六環(huán)中，在65℃下加熱4h，然后再加入氨基雜環(huán)氯化物回流2h,以43%~69%收率完成了Negishi偶聯(lián)反應(yīng)(式16)。結(jié)果證實(shí)，1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]能順利地催化烷基鋅試劑與氨基雜環(huán)氯化物的偶聯(lián)反應(yīng)，而且采用的是-鍋法，省去了蒸餾過(guò)量二乙基鋅的步驟，操作更簡(jiǎn)便。^[2]

Suzuki反應(yīng)

2011年，Han課題組報(bào)道了1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]在不活潑磺酸酯底物如對(duì)甲苯磺酸酯和甲磺酸酯的Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)中的應(yīng)用(Scheme10)。該催化劑具有穩(wěn)定、廉價(jià)、應(yīng)用性廣和高催化活性的特點(diǎn)。在催化劑載量低至1 mol%的優(yōu)選條件下，可有效實(shí)現(xiàn)包括不活潑的底物如大位阻和芳雜環(huán)類化合物(36 examples)的反應(yīng)，收率高達(dá)到99%。^[3]

另外，該課題組在2012年報(bào)道了1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]催化胺基磺酸酯為底物的Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)，在較低的催化劑載量(1~1.5mol%)下，磷酸鉀作堿，以氨基磺酸酯底物與對(duì)甲氧基苯硼酸反應(yīng)，其收率為84%(Scheme 11)。與[NiCl₂(PCy₃)₂]相比，由于DPPP配體與金屬中心雙齒鰲合，1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]對(duì)空氣和水穩(wěn)定性更高，對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)具有很好的應(yīng)用前景。^[3]

Han和同事開發(fā)了一種更有效且容易獲得的鎳催化劑1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]。這種催化劑可以在催化劑負(fù)載低于1mol%的情況下，使豐富的芳基溴化物和活性較低的芳基氯化物進(jìn)行非常普遍和高效的交叉偶聯(lián)(方案3和方案4)。當(dāng)使用K₃PO₄作為二氧六環(huán)的堿時(shí)，在100℃下，具有富電子取代基和缺乏取代基的底物陣列具有良好的耐受性。此外，空間位阻的芳基鹵化物和異芳鹵化物也是可行的伙伴。值得注意的是，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中不需要外部支撐配體。此外還具有較高的催化性能。受阻的芳香族和異芳香族鹵化物也是可行的伙伴。值得注意的是，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中不需要外部支撐配體。除了高催化活性外，由于DPPP的雙齒性質(zhì)，1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]也具有很高的穩(wěn)定性，與鎳形成穩(wěn)定的六元配合物。[4]

作為一種潛在的應(yīng)用，該方法可用于有效合成新型殺菌劑Boscalids(方案5)，這是目前Suzuki-Miyaura反應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用之一(每年約1000噸)。39a在報(bào)道的方法中，該產(chǎn)品合成的關(guān)鍵反應(yīng)是鈀催化1-氯代苯(1-氯代苯)與4-氯苯基硼化合物的交叉偶聯(lián)然后，在交叉偶聯(lián)芳基中還原NO₂，得到關(guān)鍵中間體2-氨基-40 -氯聯(lián)苯。

Han等利用他們的NiCl₂(DPPP)催化交叉偶聯(lián)方法開發(fā)了一種更有效的途徑。也就是說(shuō)，2-氯苯腈與略過(guò)量的4-氯苯基硼酸(1.1當(dāng)量)的交叉偶聯(lián)在只有0.4 mol%的NiCl₂(DPPP)的存在下進(jìn)行順利。該反應(yīng)可在克級(jí)原料下進(jìn)行。水解后對(duì)偶聯(lián)產(chǎn)物進(jìn)行Hofmann重排，兩步即可得到所需的聯(lián)芳基胺，收率82%。最后，聯(lián)芳胺與2-氯煙堿酰氯縮合得到目標(biāo)Boscalid。

通過(guò)合成2-氰基-40-甲基聯(lián)苯(方案6)進(jìn)一步證明了1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]催化偶聯(lián)反應(yīng)的實(shí)用性。該聯(lián)芳基化合物是合成抗高血壓藥物等的關(guān)鍵中間體如氯沙坦，厄貝沙坦和纈沙坦，或AT2拮抗劑，以及也代表了pd催化的鈴木宮浦反應(yīng)最重要的工業(yè)應(yīng)用之一經(jīng)過(guò)對(duì)初始工藝的進(jìn)一步精心優(yōu)化，Han和同事表明，在1.0 mol%的1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]催化劑和較低當(dāng)量的無(wú)水K₃PO₄堿的條件下，2-氯苯腈與略過(guò)量的4-甲基苯基硼酸(1.05當(dāng)量)的偶聯(lián)反應(yīng)可以在10克(g)量級(jí)上非常順利地進(jìn)行粗產(chǎn)品的產(chǎn)量幾乎是定量的。對(duì)粗產(chǎn)品純度約為95%，僅含有少量硼酸的均偶聯(lián)產(chǎn)物作為雜質(zhì)。粗產(chǎn)物可用于后續(xù)轉(zhuǎn)化，無(wú)需進(jìn)一步提純。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮亞莉, 周列錦, 曹中艷. 過(guò)渡金屬催化氟代烯烴參與的交叉偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)展[J]. 應(yīng)用化學(xué), 2022, 39(05):749-759.

[2] 邵忠奇, 李興, 常宏宏等. Negishi偶聯(lián)反應(yīng)的研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)通報(bào), 2013, 76(08): 704-711.

[3] 王婷, 代禎, 黃沖等. 磺酸芳香酯參與的Suzuki反應(yīng)的研究進(jìn)展[J]. 合成化學(xué), 2019, 27(09): 763-770.

[4] Han, F.-S. Transition-metal-catalyzed Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions: a remarkable advance from palladium to nickel catalysts. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5270– 5298.