反應概念
鈀催化和鹼存在下胺與芳滷的交叉偶聯反應,產生 C-N 鍵,生成胺的 N-芳基化產物。
此反應是合成芳胺的重要方法。
反應中的芳鹵也可為擬芳鹵三氟甲磺酸的酚酯所代替。胺可為伯胺或仲胺,胺上的取代基可以為任何有機基團。鈀催化劑常為鈀磷配合物,如四(三苯基膦)鈀(0),也可為三(雙亞苄基丙酮)二鈀(0)等其他鈀配合物。
反套用鹼一般為雙(三甲矽基)氨基鈉或叔丁醇鹽。
類似的反應為 Stille反應和 Heck反應。反應也可擴展到碳親核試劑,如丙二酸酯;以及擴展到氧親核試劑如酚,用於合成二芳醚,由此提供了銅介導的 Ullmann二芳醚合成和 Goldberg反應以外的選擇。
歷史
Buchwald–Hartwig 這一類型的反應最早是由日本Gunma 大學的Migita等人在1983年發現,該反應首次實現了在Pd(II)催化劑存在下的溴苯胺化。1994年, Buchwald等人發現,在Migita催化條件下,可以利用“一鍋法”同時完成錫化物的製備和C-N交叉偶聯反應。此後美國的 Buchwald 和 Hartwig 兩個團隊又分別在 1995 年幾乎同時發現了沒有有機錫化合物參與的溴苯的胺化反應。這就是早期的Buchwald-Hartwig交叉偶聯反應。 耶魯大學的 Hartwig 發表的文獻:
Louie,J.;Hartwig,J.F Tetrahedron Lett. 1995,3609
麻省理工學院的 Buchwald 發表的文獻:
Guram,A.S.;Rennels,R.A.;Buchwald,S.L. Angew.Chem.Int.Ed. 1995,34,1348
後來又發展了第二代的 Buchwald–Hartwig 反應,即用游離胺和強鹼,代替最早使用的氨基錫烷。
人物簡介
Stephen L. Buchwald 於1955年生於美國印第安納州,就讀於布朗大學獲學士學位。1977年進入哈佛大學學習,並於1982年獲博士學位。1984年,他作為助理教授進入麻省理工學院工作,1993年升為教授。多年來,他一直致力於碳-碳成鍵、碳-雜原子成鍵和新型配體設計與套用等方面的研究,並在有機化學領域獲得諸多榮譽。
John F.Hartwig 於1964年生於美國芝加哥,從普林斯頓大學獲得學士學位,1990年獲得加州大學伯克利分校的博士學位。同年,他作為助理教授進入耶魯大學工作,並在那裡晉升為教授。2006年,他轉入伊利諾伊大學Urbana-Champaign分校工作。他一直致力於過渡金屬化合物催化的新型反應及其機理的研究,並因此獲得多項榮譽。
反應機理
反應的催化循環如下。
首先 PdII 催化劑 (1)被還原為活性的 Pd0 物種 (2),(2) 脫去一個配體形成 (3),進入催化循環。芳鹵 (4)與 (3) 發生氧化加成形成中間體 (5),(5) 與自身二聚物 (5b) 形成平衡。接下來,(5b) 中的一個鹵原子被胺取代,形成中間體 (7),(7) 被強鹼 (8) 去質子化,生成 (9)。然後 (9) 有兩種可能的轉化方式,一是發生還原消除生成需要的產物芳胺 (10),二是發生 β-氫消除生成副產物芳烴 (11)和亞胺(12)。兩種情況下 Pd-L 物種都獲得再生,進入下一個催化循環 。
反應溶劑
常用的溶劑為:甲苯,二甲苯,THF,DME,二氧六環,DMF,NMP,DMSO等。反應溫度一般在70~110度之間。二氧六環/間二甲苯,甲苯/叔丁醇等混合溶劑因為能增加鹼的溶解度,有時也會使用。
鹼的使用
催化劑的使用
配體的發展
綠色化學