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赫克反應(Heck反應)也稱溝呂木-赫克反應(Mizoroki-Heck反應),是不飽和鹵代烴(或三氟甲磺酸酯)與烯烴在強鹼和鈀催化下生成取代烯烴的偶聯反應。[1][2] 它得名於美國化學家理察·赫克和日本人溝呂木勉,赫克憑藉此貢獻得到了2010年諾貝爾化學獎。
原料鹵代烴[3] 或三氟甲磺酸酯中的R基可以是芳基、苯甲基或乙烯基。烯烴的雙鍵碳必須連有氫,且烯烴通常為缺電子烯烴,如丙烯酸酯或丙烯腈。鈀催化劑可以是四(三苯基膦)鈀、氯化鈀(II)或乙酸鈀(II)。鹼可以是三乙胺、碳酸鉀或乙酸鈉。
在 Fujiwara (1967,藤原祐三)[7] 和 Heck(1969年)[8] 此前對芳烴與烯烴以及芳基鹵化汞(ArHgCl)與烯烴在定量鈀(II)催化反應的研究的基礎上,1971年,日本化學家溝呂木報道了乙酸鉀作鹼和氯化鈀催化下,碘苯與苯乙烯在甲醇中、120°C和加壓的條件下偶聯為二苯乙烯的反應。
1972年,Heck獨立報道了碘代苯與苯乙烯的偶聯反應,Heck小組採取無溶劑條件,並改用乙酸鈀催化和有位阻的三正丁胺作鹼。
(上述兩個反應中的活性催化物種鈀(0)都是由鈀與烯烴配位而產生。)
1974年,Heck 向反應引入膦配位基。[9]
Heck 反應的催化循環是圍繞催化的鈀中心而展開,如下圖所示。循環中所需的活性鈀(0)一般是由鈀(II)前體在反應中原位產生,[10] 例如,乙酸鈀可被三苯基膦還原為雙(三苯基膦)合鈀(0) (1),進入催化循環,同時三苯基膦則被氧化為三苯基氧膦。
循環中,首先是電子不飽和的含鈀物種 (1)與鹵代烴氧化加成,鈀插入到鹵-碳鍵中。然後,鈀原子與烯烴作用產生π錯合物 (3),配位的烯烴再順式插入到鈀-碳鍵中,得 (4)。 (4) 經旋轉(未畫出)異構化為扭張力較小的反式異構物後,發生β-氫脫去反應,獲得另一個鈀與烯烴配位的中間體 (5)。(5) 經解配,即得反應產物烯烴,同時還產生鈀(II)物種 (6),而 (6) 在碳酸鉀作用下發生還原消除,又轉化為 (1),從而獲得再生。可見,反應中用到的碳酸鉀是計量的,但鈀卻是催化性的。
此類催化機理不僅限於乙烯基化合物,其他鈀催化偶聯反應中也可以見到大同小異的循環,例如Sonogashira偶聯反應(一個底物為炔)、Suzuki偶聯反應(烯烴被芳基硼酸替代)和Stille反應(烯烴被芳基錫烷替代)等。循環也可應用於其他10族元素,如Negishi偶聯反應便是有機鋅與芳鹵在鈀或鎳催化下的偶聯,也是採取類似的機理。不過,鉑卻不遵循這一催化循環,因鉑-碳鍵能較高。
Heck 反應具立體選擇性,多產生反式產物,主要原因是體積較大的有機基團與鹵鈀基,在旋轉一步時儘量互相遠離。
離子液體存在下,Heck 反應可在無膦配位基的條件下進行。例如,將乙酸鈀和離子液體 (bmim)PF6 負載在反相矽膠的內腔,[12] 可使反應在水中進行,催化劑亦可循環使用。
如:以三乙胺為鹼,四(三苯基膦)鈀催化,連有強吸電子基的肟可與末端雙烯發生分子內偶聯,形成具新 C-N 鍵的吡啶衍生物。[14]
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