偶联反应

偶联反应，也写作耦合反應、偶合反应或耦联反应，是两化学实体（或单位）结合生成一分子的有机化学反应。狭义的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳－碳键形成反应，根据类型的不同，又可分为交叉偶联和自身偶联反应。在偶联反应中有一类重要的反应，RM（R＝有机片段；M＝主基团中心）与R'X的有机卤素化合物反应，形成有新碳－碳键的产物R－R'^[1]^[2]。

根岸英一、铃木章与理查德·赫克开发钯催化偶联反应，贡献突出，共同獲授2010年度诺贝尔化学奖^[3]^[4]。

偶联反应大体可分为两种类型：

交叉偶联反应：两种不同片段连接成一分子，如溴苯（PhBr）与乙烯形成苯乙烯(PhCH=CH₂)。
自身偶联反应：相同的两片段形成一分子，如碘苯（PhI)自身形成联苯（Ph－Ph)。

偶联机理通常起始于有机卤代烃和催化剂氧化加成；第二步是另一分子与其转移金属化，将待偶联的两分子接于同一金属中心；最后一步是还原消除，待偶联的两分子结合在一起形成新分子并再生催化剂。不饱和的有机基团在加合一步速度更快，通常易于偶联。中间体通常不倾向β-氢消除。^[5]

一项计算化学研究中表明，不饱和有机基团更易于在金属中心偶联。^[6]还原消除的速率高低如下：

乙烯基－乙烯基＞苯基－苯基＞炔基－炔基＞烷基－烷基

不对称的R－R′形式偶联反应，其活化能垒与反应能量与相应的对称偶联反应R－R与R′－R′的平均值相近，如：乙烯基－乙烯基＞乙烯基－烷基＞烷基－烷基。

另一种假说认为，水溶液偶联反应其实是通过自由基机理，而不是金属－参与机理。^[7]

催化剂

偶联反应最常用的金属催化剂是钯催化剂，有时也用镍与铜。四（三苯基膦）钯是常用的钯催化剂。钯催化的有机反应有许多优点，如：官能团的耐受性强，有机钯化合物对水和空气甚穩定。

如下一些关于钴催化的偶联反应的综述^[8]，钯^[9]^[10]^[11]^[12]^[13]和镍^[14]介导的反应以及它们的用途^[15]^[16]。

离去基团

离去基团在有机偶联反应常为溴、碘或三氟甲磺酰基。有机氯化物相对这些离去基团更廉价易得，故氯是较理想的离去基团。与之反应的有机金属化合物还有锡、锌或硼。

操作条件

虽然大多偶联反应涉及的试剂都对水和空气极其敏感，但不可认为所有有机偶联反应需要绝对的无水无氧条件。有些有机钯介导的反应就可在水溶液中，用三苯基膦和硫酸制备的磺化膦试剂反应。^[7]总体来讲，大多这类反应都藉不饱和金属络合物反应，而这些络合物都不满足18共价电子的稳定结构，故空气中的氧气能影响偶联反应。

常见偶联反应有：

反应名称	发现年代	反应物A		反应物B		类型	催化剂	备注
武兹反应（Wurtz reaction）	1855	R－X	sp³	R－X	sp³	自身		以鈉消除反应物的卤原子
格拉泽偶联反应（Glaser coupling）	1869	RC≡CH	sp	RC≡CH	sp	自身	Cu	氧气作H受体
乌尔曼反应（Ullmann reaction）	1901	Ar－X	sp²	Ar－X	sp²	自身	Cu	高温
冈伯格－巴克曼反应	1924	Ar－H	sp²	Ar－N₂X	sp²	自身		需碱参与
Cadiot－Chodkiewicz偶联反应	1957	RC≡CH	sp	RC≡CX	sp	交叉	Cu	需碱参与
Castro－Stephens偶联反应	1963	RC≡CH	sp	Ar－X	sp²	交叉	Cu
吉尔曼试剂偶联反应（Gilman reagent coupling）	1967	R₂CuLi		R－X		交叉
Cassar反应	1970	烯烃	sp²	R－X	sp³	交叉	Pd	需碱参与
熊田偶联反应（Kumada coupling）	1972	Ar－MgBr	sp²／sp³	Ar－X	sp²	交叉	Pd或Ni
赫克反应（Heck reaction）	1972	烯烃	sp²	R－X	sp²	交叉	Pd	需碱参与
薗头偶联反应（Sonogashira coupling）	1975	RC≡CH	sp	R－X	sp³／sp²	交叉	Pd和Cu	需碱参与
根岸偶联反应（Negishi coupling）	1977	R－Zn－X	sp³／sp²／sp	R－X	sp³／sp²	交叉	Pd或Ni
施蒂勒反应（Stille coupling）	1978	R－SnR₃	sp³／sp²／sp	R－X	sp³／sp²	交叉	Pd
铃木反应（Suzuki reaction）	1979	R－B(OR)₂	sp²	R－X	sp³／sp²	交叉	Pd	需碱参与
Hiyama偶联反应	1988	R－SiR₃	sp²	R－X	sp³／sp²	交叉	Pd	需碱参与
Buchwald–Hartwig偶联反应	1994	R₂N－R SnR₃	sp	R－X	sp²	交叉	Pd	N－C偶联反应
福山偶联反应（Fukuyama coupling）	1998	RCO(SEt)	sp²	R－Zn－I	sp³	交叉	Pd
偶联反应一览. 参考文献见子页面

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一种基于芳基卤代烃和全氟代苯的钯－催化偶联反应由基思·法纽（Keith Fagnou）和其同事所报道。对于这种缺电子的芳环来讲，这类官能团化反应很不寻常。^[17]

许多偶联反应已经广泛的应用于制药工业^[18]和相关的工业原料^[19]。

钯催化偶联反应

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偶联反应

催化剂

离去基团

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机理

类型

杂项反应

应用

参见

参考资料