Sonogashira 反应的一些应用

过渡金属催化剂经过多年的发展,现在已经是个大家族了,其中基于Pd 催化的sonogashira 反应仍是合成芳香炔和共轭烯炔的最重要的方法,在天然化合物的合成,药物化学,新材料领域有着不可忽视的作用。

Sonogashira 反应的反应通式如下:
其中铜盐可以和炔基形成炔基铜可以加速反应得进行,但同时可能产生炔炔自偶联的副产物,所以一般炔的投料都是过量的,但这个缺点在炔比较难以获得或者炔较为昂贵时就变得不可忍受了,于是人们对不使用铜盐作为助催化剂的sonogashira 反应做了很多的工作,这些反应现在被称之为copper-free Sonogashira couplings。
另一方面,由于反应中取代基的不同,底物在反应条件下的活性是不同的, sp2 杂化部分的反应活性顺序为 vinyl iodide ≧ vinyl triflate >vinyl bromide > vinyl chloride >aryl iodide > aryl triflate ≧ aryl bromide >>aryl chloride。
所以,乙烯基碘和芳基碘是最优先的选择,即使它们昂贵和不那么稳定。但是,如果在这个卤代物体系是缺电子的,就会被活化,使反应的活性更强,即使是溴代物和氯代物也能很好的反应[1]。
当端基炔的取代基为强拉电子基团时(如CF3),对于活泼卤代烃的活性就会明显降低。
Sonogashira 反应通常使用Pd 配体作为催化剂,典型的催化剂为Pd(PPh3)4 和稳定性,溶解性更好的Pd(PPh)2Cl2。

Sonogashira 反应的应用

1. 芳烃的炔基化

端基炔和卤代芳烃的偶联是sonogashira 反应最重要的应用,如下图

这是一个典型的例子(scheme1) [2]通过TMSA 作为炔源制备端基炔的方法,三氟乙酰基碘代苯乙胺(1)在典型的sonogashira 条件下偶联上三甲基硅乙炔,脱三甲基硅和三氟乙酰胺水解即得到苯乙胺产品(3)。

2-methyl-3-butyn-2-ol(5)也是个有用的乙炔基试剂,它通常很容易在强碱下脱除,同时在本例中可以和第二个芳基碘偶联产生一个二芳基炔的产物[3]。

2. 杂环的炔基化

对于芳香杂环系统来说,对杂环体系统中亲电碳原子的过渡金属的氧化加成,是反应中决定反应速度的最重要的步骤,也就意味着,杂环中亲电性强的位置容易炔基化,这就为反应提供了选择性。

通过sonogashira 反应可以很好的得到2-炔基吲哚,在本例(Scheme2 中,成功的在化合物8 的2 位选择性的引入了炔基,并在一个更苛刻的条件下在5 位引入苯乙烯得到二炔基的化合物10[4]。

不光是吲哚,呋喃和噻吩的苯并衍生物也是2 位最为活泼,可以实现反应的选择性。

缺电子的环,如吡啶,通常很容易发生sonogashira 反应,但是如果环上有供电基团,就会使反应更困难或者产率降低。在Scheme4 中,3-溴吡啶11 在典型的sonogashira 条件下等到炔基化吡啶12,产率为50%,而3-溴吡啶13 因为有一个拉电基团,所以能以64%的收率得到化合物14[5]。

3. 烯炔和烯二炔的合成

1,3 烯炔是个具有生物活性的重要结构,它通常由乙烯基体系和端基炔来合成,sonogashira 反应就是一个有效的合成方法。

由前文可知,乙烯基碘是活性最强的sonogashira 反应底物,1,2 二卤乙烯用来合成4取代的乙烯,令人惊讶的是,1,2 二碘乙烯是不反应的。化合物15 在温和sonogashira条件下得到烯炔16,再次偶联得到17[6]。

二乙炔基乙烯(DEE)是具有光电特性的一类结构,化合物18 通过两次交叉偶联得到19。

4. 炔酮的合成

共轭的炔酮是个有用的中间体,在合成杂环上有广泛的应用,最有效的合成方法是一个共轭酰氯和端基炔通过sonogashira 反应合成。

2-甲酰氯噻吩20 使用最普通的催化剂和TMSA 反应,室温,仅需1eq 的Et3N 通过sonogashira 反应仅一步合成21,它也可以作为前体进行Michael 加成式的反应[7]。

烯酮同样可以在碘苯22,端基炔,Pd(PPh3)2Cl2, 氨水,THF 和一氧化碳的条件下合成23[8]。

结论

作为一个广泛应用的重要过渡金属催化反应,本文对Sonogashira 反应这一领域中所取得的进展进行了阐述,介绍了该反应在合成中的一些应用。自该反应被发现以来, 经过大量化学工作者多年的探索与研究, 已日臻完善,反应所需条件已经变得更为温和,操作变得更为简单,扩大了该反应的应用范围,使其成为有机合成中更为有效的反应途径之一。

参考文献

[1] Littke, A. F.Fu, Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 4176.

[2] Toyota, S.; Iida, T.; Kunizane, C.; Tanifuji, N. Org.Biomol. Chem. 2003

[3] Nova´k, Z.; Nemes, P.; Kotschy, A. Org. Lett. 2004, 6, 4917

[4] Bach, T.; Bartels, M. Synthesis 2003, 925.

[5] Vasconcelos, U. B.; Dalmolin, E.; Merlo, A. A. Org. Lett. 2005, 7, 1027.

[6] Lemay, A. B.; Vulic, K. S.; Ogilvie, W. W. J. Org. Chem. 2006, 71, 3615.

[7] Uenishi, J.; Matsui, K.; Ohmi, M. Tetrahedron Lett. 2005, 46, 225

[8] Karpov, A. S.; Mu¨ller, T. J. J. Org. Lett. 2003, 5, 3451

[9] Ahmed, M. S. M.; Mori, A. Org. Lett. 2003, 5, 3057.

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