鎳催化芳磺酸酯與芳硼酸偶聯反應的研究

陳國軍，李 玲

（1.長春工程學院理學院，長春130012；2.山東石大科技集團有限公司，山東 東營257061）

在現代合成化學中，過渡金屬催化的偶聯反應仍然起著重要作用［1］。盡管芳基鹵化物常被作為親電試劑［2］，酚衍生物將會替代芳鹵化物，主要是因為酚價格便宜且比較常見。迄今為止，芳基三氟甲磺酸酯被研究的頻率較高［3］，但成本較高且不穩(wěn)定的特點限制了它的應用［4］。價格便宜且易合成的芳基磺酸酯［5－7］、芳基醚［8］、芳基磷酸酯［9］和芳氨基磺酸酯［10－11］也是很好的親核試劑。這些親核試劑比較常見，便于合成，但它們在Pd催化劑催化下并不發(fā)生偶聯反應。且這些親核試劑在通過C—H活化和DoM反應構建芳環(huán)時具有區(qū)域選擇性的優(yōu)點［12－14］。

我們致力于研究酚的氨基磺酸酯和芳硼酸的偶聯反應。以前關于此類底物的偶聯反應主要是鎳催化的Kumada偶聯反應，直到最近，才出現了關于Ni催化此類底物的Suzuki偶聯的報道［15］。但他們的研究也存在問題：（1）催化劑價格昂貴且用量太大；（2）硼酸用量大。我們將主要從這兩方面對其進行改善。

1 實驗部分

反應均在氮氣保護條件下進行。1，4—二氧六環(huán)通過4?A型分子篩干燥后再進行使用；K3PO4和三乙胺買來直接使用。無水NiCl2、二甲胺基磺酰氯及配體dppp均從百靈威科技有限公司買來后直接使用。

2 結果與討論

我們選用1—萘酚和4—甲氧基苯硼酸之間的偶聯反應來優(yōu)化反應條件。

圖1 底物1與2間的Suzuki偶聯反應

NiCl2（dppp）的用量定為底物1用量的1 mol%，硼酸用量定為底物1用量的1.2倍，K3PO4用量定為底物1用量的4倍，溶劑為1，4—二氧六環(huán)（3mL），反應的溫度為110℃。在初始確定的反應條件下偶聯收率為84%，如將各種組分的用量降低，收率隨之降低，所以此初始條件為反應的最佳條件。隨后，研究最佳條件的普適性。

從表1中可以看出，1—萘酚氨基磺酸酯能夠和各種芳硼酸進行有效的偶聯。萘環(huán)上的供電子基團，有利于偶聯反應的發(fā)生，隨著萘環(huán)上電子云密度的降低，收率也逐漸降低。需要特別指出的是1—萘酚氨基磺酸酯與鄰位帶有取代基的硼酸進行偶聯時，需要將催化劑的用量調整到1.5mol%后兩者才能進行有效的偶聯，收率為76%。

表1 1—萘酚氨基磺酸酯與各種芳硼酸（2a－e）在最優(yōu)條件下的偶聯［a］

從表2中我們可以看出，雖然1—萘酚氨基磺酸酯與2—萘酚氨基磺酸酯只是官能團在萘環(huán)上的位置不同，但它們的反應活性卻有很大的區(qū)別。2—萘酚氨基磺酸酯與4—甲氧基苯硼酸進行偶聯反應時，需將催化劑的用量提高到1.5mol%，如果低于1.5mol%，偶聯收率將低于50%。1—萘酚氨基磺酸酯與苯硼酸、4—酯基苯硼酸進行偶聯時，催化劑的量要提高到2mol%時才能得到較高的收率。

表2 2—萘酚氨基磺酸酯與各種芳硼酸在最優(yōu)條件下的偶聯［a］

表3 各種萘酚氨基磺酸酯與各種芳硼酸在最優(yōu)條件下的偶聯［a］

從表3中（第1行到第6行）我們可以看出，帶有吸電子基團的2—萘酚氨基磺酸酯在優(yōu)化條件下都能夠和各種芳硼酸進行有效的偶聯。尤其是帶有氰基（—CN）的2—萘酚氨基磺酸酯，能夠和2—苯并噻吩硼酸進行偶聯，收率能達到62%。可見，吸電子基團能夠活化萘環(huán)，提高其反應活性，從而降低了催化劑的用量。

表4 各種酚的氨基磺酸酯與各種芳硼酸在最優(yōu)條件下的偶聯［e］

從表3的第7行和第8行我們可以看出，在1—萘酚氨基磺酸酯的稠環(huán)上帶有給電子基團（—OMe）時，必須將催化劑的用量提高到2mol%，才能夠和4—甲氧基苯硼酸、苯硼酸進行偶聯，收率分別為75% 和61%；但其和4—酯基苯硼酸進行偶聯時收率仍低于50%。

從表4中我們可以看出，單芳環(huán)的氨基磺酸酯的反應活性要比稠環(huán)氨基磺酸酯低，其與各種芳硼酸進行反應時，催化劑用量都不能低于1.5mol%。從表4的第3行和第7行我們可以看出，帶有吸電基團（—CN）的氨基磺酸酯反應活性要比帶有吸電基團（—CO2Me）的氨基磺酸酯反應活性高。同樣與帶有位阻的硼酸進行反應時，帶有—CO2Me的氨基磺酸酯的反應體系中催化劑的用量需要高達2 mol%，其收率為80%；而帶有—CN的氨基磺酸酯反應體系中催化劑的用量僅為1.5mol%，其收率已經達到了84%。從第8行到第10行我們可以看出，同樣帶有吸電基團的單芳環(huán)氨基磺酸酯，由于位阻的原因，使得2—氰基氨基磺酸酯反應活性大大降低，只有將催化劑的用量提高到3mol%時，才能提高產物的收率。2—氰基氨基磺酸酯與4—甲氧基苯硼酸、苯硼酸、4—酯基苯硼酸反應的收率分別為77%、67%和64%。

從表5中我們可以看出，無論是單雜環(huán)芳氨基磺酸酯還是芳稠雜環(huán)氨基磺酸酯，其反應活性較1—萘酚氨基磺酸酯低。它們在與硼酸進行偶聯時，只有當催化劑用量達到1.5mol%～3.0mol%時才能發(fā)生有效的偶聯反應。從表5第1行到第3行我們可以看出，單雜環(huán)芳氨基磺酸酯能夠在催化劑用量為1.5mol%時與各種硼酸進行有效的偶聯。該底物與4—甲氧基苯硼酸、苯硼酸進行偶聯時接近定量反應，收率接近100%；其與4—酯基苯硼酸進行偶聯反應時雖然收率有所下降，也達到了85%。當芳基硼酸帶有位阻時，該底物的活性也有所下降，只有將催化劑用量提高到2mol%時，兩者才能進行有效的偶聯，收率可達到81%（見表5的第4行）。從表5的第5行到第7行我們可以看出，只有將反應體系中的催化劑量提高到3mol%，芳稠雜環(huán)氨基磺酸酯才能與硼酸進行有效的偶聯。在此條件下，芳稠雜環(huán)氨基磺酸酯與4—甲氧基苯硼酸、苯硼酸、4—酯基苯硼酸進行偶聯時的收率分別為84%，88%和71%。

表5 各種雜環(huán)氨基磺酸酯與各種芳硼酸在最優(yōu)條件下的偶聯［e］

3 結語

在本研究中，我們選用了二甲氨基磺酰氯對酚進行了活化并使其成功的發(fā)生了Suzuki－Miyaura偶聯反應。選用了價格便宜且極其穩(wěn)定的NiCl2（dppp）作為反應的催化劑，用量為1～3mol%，同時硼酸的用量降低為1.2倍用量，反應的收率并沒有降低。此方法適用范圍較廣，它不僅適用于各種酚，還適用于各種硼酸。

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