「NR」Heck reaction——高效的烯烃衍生化方法

定义

钯催化烯烃的芳基化或烯基化被称为Heck反应

反应通式

起源与发展

在20世纪70年代初，T. Mizoroki和R.F. Heck各自独立发现了芳基、苄基和苯乙烯基卤化物在受阻胺基和催化量Pd(0)的存在下，在高温下与烯类化合物反应生成芳基-、苄基-和苯乙烯基取代的烯烃。故该反应也被称为Mizoroki-Heck reaction。自发现以来，Heck反应已成为有机合成中最广泛使用的碳-碳键形成催化方法之一。

反应的一般特征

1)以单取代烯烃为原料制备双取代烯烃的最佳工艺条件;

2)烯烃上取代基的电子性质对反应结果的影响有限;它可以是供电子的，也可以是吸电子的，但通常缺电子的烯烃的产率更高;

3)反应条件允许烯烃组分上存在多种官能团:酯类、醚类、羧酸类、腈类、酚类、二烯类等均适合偶联，但烯丙醇类倾向于重排;

4)反应速率受烯烃取代程度的影响较大，取代程度越高的烯烃反应速度越慢;

5)非对称烯烃(如末端烯烃)的取代主要发生在取代最少的烯烃碳上;

6)芳基或乙烯基组分上的X基团的性质非常重要，其反应速率的变化顺序为:I > Br ~ OTf >> Cl;

7)R1组在大多数情况下是芳基,杂芳基,烯基,苄,而且很少是烷基(烷基需要β-位无氢原子)，这些基团可以是给电子或吸电子基;

8)活性钯催化剂由合适的预催化剂(如Pd(OAc)2, Pd(PPh3)4)原位生成，反应通常在单齿或双齿膦配体和碱的存在下进行;

9)Heck反应对水不敏感，溶剂不需要彻底脱氧;

10)Heck反应是立体特异性的，钯复合物迁移插入烯烃和β-氢消除都是通过顺式立体化学进行

机理

Heck反应的机理尚未完全了解，确切的机制途径似乎随着反应条件的变化而略有不同。

通常认为，从生成活性Pd(0)催化剂开始，经过速率决定步骤向C-X键中氧化加成加入Pd(0)，接着Pd(0)加成物通过顺式迁移加入到烯烃上，随后发生C-C键到旋转，再经历顺式β-H消除，生成新到烯烃，Pd(II)化合物在碱到作用下还原为Pd(0)催化剂，继续进行催化

为了解释各种实验观察，人们提出了经过阴离子、阳离子或中性活性物质的更精细和更详细的催化循环。

反应实例

1) Nickel-catalyzed intermolecular oxidative Heck arylation driven by transfer hydrogenation

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12949-1

2)Direct dehydrogenative alkyl Heck-couplings of vinylarenes with umpolung aldehydes catalyzed by nickel

https://www.nature.com/articles/s41467-019-08631-1

3)A unique Pd-catalysed Heck arylation as a remote trigger for cyclopropane selective ring-opening

https://www.nature.com/articles/ncomms14200

4)The Mizoroki–Heck Reaction

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470716076.ch1

5)Irradiation-Induced Heck Reaction of Unactivated Alkyl Halides at Room Temperature

J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 50, 18307–18312

评述

Heck反应自发现以来，就广泛用于烯烃衍生化，C-C键的高效构建方法，使得该反应在有机合成、药物制备、天然产物合成中得到非常广泛的应用。虽然，该反应的机理还在持续深入的研究中，但是其使用性是毋庸置疑的。

相信该反应在今后还将发挥更加巨大的作用。

参考

1. a)László Kürti, Barbara Czakó. StrategicApplications of Named Reactions in Organic Synthesis. b)Jie Jack Li. Name Reactions: A Collection ofDetailed Mechanisms and Synthetic Applications. c) 黄培强.有机人名反应、试剂与规则

2. https://www.organic-chemistry.org/namedreactions/ugi-reaction.shtm

3. a) https://pubs.acs.org/ b) https://onlinelibrary.wiley.com/

c) https://www.sciencedirect.com/ d) https://www.rsc.org/

e) https://www.thieme-connect.com/ f) http://www.sciencemag.org/

g) https://www.nature.com/natcatal/

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