鈀催化2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物偶聯(lián)反應(yīng)的研究

伊澤，王飛飛，劉霞，劉范嘉，陳煥軍（天津凱英科技發(fā)展有限公司，天津 300392）

鈀催化2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物偶聯(lián)反應(yīng)的研究

伊澤，王飛飛，劉霞，劉范嘉，陳煥軍（天津凱英科技發(fā)展有限公司，天津 300392）

以叔丁基氫過氧化物（TBHP）為氧化劑、醋酸鈀為催化劑，研究了2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物的偶聯(lián)反應(yīng)，考察了氧化劑、催化劑和溫度對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明，氧化劑TBHP對(duì)反應(yīng)起著非常重要的作用。2-苯基吡啶和扁桃酸衍生物在該體系發(fā)生催化偶聯(lián)反應(yīng)，該反應(yīng)不僅具有特定的區(qū)域和化學(xué)選擇性，而且產(chǎn)率較高。該反應(yīng)為芳基酮化合物的合成提供了一條新型便捷的途徑。

扁桃酸衍生物；2-苯基吡啶；鈀催化劑；氧化偶聯(lián)；芳基酮化合物

近年來，直接通過金屬催化激活C－H鍵裂解引起了研究者的廣泛關(guān)注［1-2］。它相對(duì)于傳統(tǒng)的有機(jī)金屬試劑交叉偶聯(lián)方法［3-6］，有顯著的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。隨著人們不斷的探索和研究，過渡金屬鈀展現(xiàn)出獨(dú)特的催化效果。過渡金屬鈀催化的偶聯(lián)反應(yīng)是近年來有機(jī)合成的研究熱點(diǎn)之一，這種反應(yīng)的工藝操作對(duì)環(huán)境的污染小，穩(wěn)定、簡單，為酮類化合物的合成提供了一種簡單便捷的方法［7-8］。作者以扁桃酸衍生物為底物，以Pd（OAc）2/TBHP為催化系統(tǒng)，通過氧化偶聯(lián)合成了相應(yīng)的芳基酮化合物。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要試劑與儀器

扁桃酸、Pd（OAc）2、叔丁基氫過氧化物（TBHP）、二苯基吡啶，Alfa Aesar A Johnson Matthey Company；二氯甲烷、無水碳酸鉀、無水乙醇、四氫呋喃，分析純，天津江天化工技術(shù)有限公司。

Bruker-600型核磁共振儀（TMS為內(nèi)標(biāo)），瑞士布魯克公司；X-4型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀，北京泰克公司； FA1004型電子分析天平，上海精科天美貿(mào)易有限公司；Thermo Trace DSQ型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國熱電公司。

1.2 方法

扁桃酸衍生物按文獻(xiàn)［9］方法制備。

2-苯基吡啶與扁桃酸偶聯(lián)反應(yīng)步驟：將45.56 mg （0.30 mmol）2-苯基吡啶、190.97 mg（0.90 mmol）扁桃酸、3.37 mg（0.015 mmol）Pd（OAc）2、1.50 mmol氧化劑TBHP（70%的水溶液）置于10 mL的史萊克瓶中，并加入強(qiáng)力磁力攪拌子。在120℃油浴中反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后用10 mL乙酸乙酯萃取3次。加入適量的硫酸鎂干燥，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮，用硅膠柱分離提純（乙酸乙酯∶石油醚=3∶2），并通過GC-MS測(cè)其轉(zhuǎn)換率。真空干燥，得黃色固體，產(chǎn)率82%，m.p.232～233℃。1HNMR（600 MHz，CDCl3），δ：6.99（t，1H），7.25（t，2H），7.36～7.39（t，1H），7.48（m，5H），7.68（d，2H），7.76（d，J=7.8 Hz，1H），8.35（d，1H）；13CNMR（150 MHz，CDCl3），δ：198.2，156.8，149.1，139.7，139.5，137.9，136.3，132.3，130.2，129.5，129.1，128.8，128.5，128.0，122.6，121.9。反應(yīng)路線如圖1所示。

圖1 2-苯基吡啶與扁桃酸的反應(yīng)路線Fig.1 Reaction route of 2-phenylpyridine and mandelic acid

2 結(jié)果與討論

2.1 氧化劑、催化劑和溫度對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響（表1）

表1 氧化劑、催化劑和溫度對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響Tab.1 The effect of oxidant，catalyst and temperature on the yield of reaction

由表1可知，當(dāng)2-苯基吡啶與3 equiv的扁桃酸反應(yīng)，在沒有任何催化劑的情況下，3 equiv的叔丁基氫過氧化物（TBHP）作為氧化劑時(shí)，通過GC-MS沒有檢測(cè)到目標(biāo)產(chǎn)物（編號(hào)1）。當(dāng)加入5%（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）PdCl2時(shí)，觀察到微量的產(chǎn)物（編號(hào)2）。隨后，在TBHP和空氣存在的氣氛下，又嘗試了兩種鈀催化劑Pd2（dba）3、Pd（acac）2，測(cè)試到偶聯(lián)產(chǎn)物（編號(hào)3～4）。采用RhCl（PPh3）3和［Rh（COD）Cl］2兩種銠催化劑時(shí)，只有17%和＜5%的產(chǎn)率（編號(hào)5～6）。而采用RuCl2（PPh3）3和RuCl3·3H2O作催化劑，卻得不到所需的產(chǎn)物（編號(hào)7～8）。當(dāng)其它條件不變，催化劑更換為Pd（OAc）2時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率76%，所得產(chǎn)物是一個(gè)單一的區(qū)域異構(gòu)體（編號(hào)9）。同時(shí)，選擇其它氧化劑K2S2O8、PhC（CH3）2OOH、（PhCOO）2和O2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)率也是有限的（編號(hào)10～13）。當(dāng)TBHP由原來的3 equiv變?yōu)? equiv時(shí)，產(chǎn)率提高到82%（編號(hào)14），反應(yīng)后，通過GC-MS觀察，只有少量剩余的芐醇和大量的苯甲醛形成。在該反應(yīng)條件下，考察了溫度對(duì)產(chǎn)率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其它反應(yīng)條件不變，升高溫度時(shí)，產(chǎn)率沒有明顯變化（編號(hào)15），降低溫度時(shí)，產(chǎn)率顯著降低（編號(hào)16～17）。

2.2 2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物的催化反應(yīng)結(jié)果

在優(yōu)化的反應(yīng)條件下，2-苯基吡啶直接和扁桃酸衍生物進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)路線見圖2，結(jié)果見表2。

圖2 2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物的反應(yīng)路線Fig.2 Reaction route of 2-phenylpyridine and mandelic acid derivatives

表2 2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物的催化反應(yīng)結(jié)果Tab.2 Catalytic reaction results of 2-phenylpyridine and m andelic acid derivatives

由表2可知，不論帶有給電子基團(tuán)或吸電子基團(tuán)的扁桃酸衍生物與2-苯基吡啶反應(yīng)，產(chǎn)率都達(dá)到63%以上。但是，帶有給電子基團(tuán)的扁桃酸衍生物與2-苯基吡啶反應(yīng)產(chǎn)率比帶有吸電子基團(tuán)的扁桃酸衍生物與2-苯基吡啶反應(yīng)產(chǎn)率偏低（編號(hào)2～5），說明電子效應(yīng)對(duì)反應(yīng)的影響比較大。而空間位阻幾乎對(duì)反應(yīng)的產(chǎn)率沒有太大的影響，不論是帶有鄰位取代基的扁桃酸還是帶有對(duì)位取代基的扁桃酸衍生物，與2-苯基吡啶反應(yīng)產(chǎn)率都能達(dá)到80%以上（編號(hào)6～8），甚至鄰溴扁桃酸與2-苯基吡啶反應(yīng)產(chǎn)率達(dá)到了88%，比對(duì)氟扁桃酸與2-苯基吡啶反應(yīng)產(chǎn)率高。所以，反應(yīng)的產(chǎn)率主要取決于電子效應(yīng)。但是，值得注意的是，帶有硝基的扁桃酸衍生物與2-苯基吡啶反應(yīng)卻是個(gè)特例。雖然硝基是強(qiáng)吸電子基團(tuán)，它比鹵素的吸電子能力強(qiáng)，但是產(chǎn)率比較低（編號(hào)9～10）。

3 結(jié)論

運(yùn)用Pd（OAc）2/TBHP催化體系，高效地催化2-苯基吡啶和扁桃酸衍生物發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，生成芳基酮類化合物。該催化體系中，氧化劑TBHP起著決定性的作用，通過對(duì)多種氧化劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，TBHP是最佳的反應(yīng)氧化劑。另外，扁桃酸作為底物不受空間位阻的影響，可進(jìn)一步擴(kuò)大適用范圍。同時(shí)，該反應(yīng)具有獨(dú)特的化學(xué)和區(qū)域選擇性，反應(yīng)中的取代基團(tuán)在該反應(yīng)條件下不受影響。扁桃酸及其衍生物是一種便宜廉價(jià)的化合物，用它作為反應(yīng)物降低了反應(yīng)成本，為合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的芳基酮類化合物提供了一條經(jīng)濟(jì)方便的途徑。

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Research on Coupling Reaction Between 2-Phenylpyridine and M andelic Acid Derivatives Catalyzed by Pd-Based Catalyst

YI Ze，WANG Fei-fei，LIU Xia，LIU Fan-jia，CHEN Huan-jun
（Tianjin Caring Technology Development Co.，Ltd.，Tianjin 300392，China）

Using TBHP as oxidant，Pd（OAc）2as catalyst，coupling reaction between 2-phenylpyridine and mandelic acid derivativeswas studied.The effects of oxidant，catalyst and temperature on the yield of reaction were investigated.Results showed that TBHP played a very important role in this reaction.The catalytic system was applied to the direct catalytic coupling reaction of a series of2-phenylpyridine and mandelic acid derivatives.The corresponding productswith special regio-and chemo-selectivity were afforded in high yield.This reaction provides a novel and efficient route to the synthesis of aryl ketone compounds.

mandelic acid derivatives；2-phenylpyridine；Pd-based catalyst；oxidative coupling；aryl ketones

TQ 244.3

A

1672-5425（2015）07-0030-03

10.3969/j.issn.1672－5425.2015.07.008

2015-03-12

伊澤（1984－），男，山西朔州人，碩士，研究方向：有機(jī)合成，E-mail：yize1025@163.com。