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基本信息

項(xiàng)目名稱：
銅鹽催化碳-碳鍵形成的研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本作品發(fā)展了以價(jià)廉的銅鹽和穩(wěn)定易得低毒的二胺化合物為配體的新型催化體系，高效、安全、環(huán)保地實(shí)現(xiàn)了Suzuki和Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)，達(dá)到銅鹽催化碳-碳鍵形成的研究目的。本作品發(fā)展的方法可以廣泛應(yīng)用于合成含有聯(lián)芳基和內(nèi)炔類結(jié)構(gòu)的藥物、光學(xué)材料等。本作品以本科生團(tuán)隊(duì)為第一完成人發(fā)表了SCI論文兩篇，并在省第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲特等獎(jiǎng)，還參加省賽中的公開答辯。
詳細(xì)介紹：
1、引言 由于過渡金屬鈀催化的偶聯(lián)反應(yīng)對(duì)各種有機(jī)官能團(tuán)具有廣泛的兼容性，從而成為了形成碳-碳和碳-雜原子鍵通用和有效的方法[1]。正由于它們?cè)谟袡C(jī)合成中的重要性，過渡金屬鈀催化的偶聯(lián)反應(yīng)榮獲了2010年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這些偶聯(lián)反應(yīng)中，鹵代烴或類鹵代烴與硼酸之間的偶聯(lián)反應(yīng)被稱為Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)，而鹵代烴或類鹵代烴與末端炔烴之間的偶聯(lián)反應(yīng)被稱為Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)[2,3]： 這兩類偶聯(lián)反應(yīng)均在現(xiàn)代合成化學(xué)中扮演了非常重要的角色。例如，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)可以合成聯(lián)芳基類化合物，這些結(jié)構(gòu)廣泛的存在于一些具有藥物活性的分子中，如下圖中例舉的四種含有聯(lián)芳基骨架的沙坦類藥物，化合物I的名稱為坎地沙坦，化合物II的名稱為纈沙坦，化合物III的名稱為伊貝沙坦，化合物IV的名稱為他索沙坦，這些沙坦類藥物是用于控制高血壓和治療心臟病的藥物，2009年全國銷售額為160億元人民幣，目前在市場(chǎng)上有很大的需求： 而通過Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)，可以合成廣泛存在于天然產(chǎn)物，具有生物活性的分子以及具有光學(xué)材料性能的炔烴類化合物中。例如，下面的六炔基苯化合物V，可以用于制備液晶材料以及光敏材料等；化合物VI，依據(jù)取代基R的不同，可以用于制備各種不同性能的熒光劑： 在過去幾十年中，高效地實(shí)現(xiàn)這兩類偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑主要是金屬鈀鹽-含磷配體催化體系[4]。然而，偶聯(lián)反應(yīng)常用的鈀催化劑，價(jià)格非常昂貴，而且通常含磷配體一般來說對(duì)空氣比較敏感，在空氣中容易被氧化而變質(zhì)，因此也會(huì)增加實(shí)驗(yàn)操作和保存膦配體的難度。另外，一些有機(jī)含磷化合物具有一定的毒性，對(duì)環(huán)境污染比較嚴(yán)重，將直接危害人類的健康。再次，鈀鹽催化體系中往往會(huì)在產(chǎn)物中摻雜微量的催化劑金屬鈀鹽而使產(chǎn)物受到污染。由于這些局限性，大大限制了鈀-膦催化體系在工業(yè)上，特別是在藥物化學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此，發(fā)展更加經(jīng)濟(jì)和高效的催化體系就變得非常有必要。近些年來，由于金屬銅鹽相對(duì)鈀鹽來說，價(jià)格低廉得多，因此以金屬銅鹽為催化劑在碳-碳和碳-雜原子鍵形成中的研究越來越引起了化學(xué)家們的重視[5]。為了給讀者一個(gè)直觀的印象，我們例舉了偶聯(lián)反應(yīng)中常用的金屬鈀鹽和銅鹽的價(jià)格表如下所示(表格一)： 表格一 常見的金屬鈀鹽和銅鹽價(jià)格表 金屬鹽 價(jià)格(萬元/kg) 四三苯基膦鈀 10-20 氯化鈀 8-15 醋酸鈀 9-15 氧化銅 0.25 碘化亞銅 0.075 醋酸銅 0.396 從上表中可以看到，金屬鈀鹽的價(jià)格非常昂貴，一般每公斤價(jià)格為將近10-20萬元，而銅鹽的價(jià)格每公斤一般才幾百元，因此銅鹽是比鈀鹽更加經(jīng)濟(jì)的金屬催化劑。另外，通常傳統(tǒng)的含磷配體的應(yīng)用，往往會(huì)導(dǎo)致河流、湖泊等水質(zhì)的“富營養(yǎng)化”，進(jìn)而影響水質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。為了克服有機(jī)膦配體對(duì)環(huán)境造成的危害，促使化學(xué)家們來研究開發(fā)非膦類配體應(yīng)用于碳-碳鍵的構(gòu)建中。 在我們小組發(fā)展非膦配體應(yīng)用于過渡金屬催化碳-碳鍵形成反應(yīng)的過程中[6]，我們發(fā)現(xiàn)2,2’-二胺基-6,6’-二甲基聯(lián)苯(L)作為一種基本無毒的化合物，在以價(jià)格相當(dāng)?shù)土你~鹽為催化劑的Suzuki和Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)中是一個(gè)良好的配體，以芳基碘化物和溴化物為底物，在優(yōu)化的條件下，這兩類反應(yīng)都可以以良好到優(yōu)異的收率生成相應(yīng)的偶聯(lián)產(chǎn)物。本文中我們就來介紹這些結(jié)果。 2、結(jié)果與討論 我們首先進(jìn)行了銅鹽催化的Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)研究。以對(duì)甲氧基碘苯1a (0.5 mmol)和苯基硼酸2a (0.6 mmol)為底物，20 mol% L為配體，DMF (2.0 mL)為溶劑，對(duì)反應(yīng)中所涉及的金屬銅鹽、堿和溫度等條件進(jìn)行了優(yōu)化。經(jīng)過我們的努力，得出最優(yōu)化的條件為：20 mol% CuO為催化劑，20 mol% L為配體，K2CO3 (2.0 equiv)為堿，DMF (2.0 mL)為溶劑，反應(yīng)溫度為130 oC 。 在上述優(yōu)化條件下，我們先進(jìn)行了各種芳基碘化物和芳基硼酸之間的Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)，結(jié)果如表格二所示。我們發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下，芳基碘化物1都能和芳基硼酸2順利反應(yīng)，以良好到優(yōu)異的收率生成相應(yīng)的偶聯(lián)產(chǎn)物3。 盡管在上述優(yōu)化的條件下，芳基溴化物基本上沒有反應(yīng)活性，然而，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)以Na2CO3為堿，DMF為溶劑，回流溫度下，芳基溴化物同樣可以進(jìn)行類似的轉(zhuǎn)化，以良好到較高的收率生成相應(yīng)的偶聯(lián)產(chǎn)物 在實(shí)現(xiàn)了以L為配體，CuO為催化劑進(jìn)行的Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)以后，我們又進(jìn)行了銅鹽催化的Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)研究。在最初的研究中，以對(duì)甲氧基碘苯1a (0.75 mmol)和苯乙炔4a (0.9 mmol)為底物，以10 mol% L為配體，115 oC下反應(yīng)24小時(shí)，對(duì)反應(yīng)中所涉及的銅鹽、堿、溶劑等等條件進(jìn)行了優(yōu)化。最后確定最優(yōu)化的條件為：10 mol% CuI為催化劑，10 mol% L為配體，NaOH (2.0 equiv)作為堿，DMSO (1.0 mL)為溶劑，反應(yīng)溫度為115 oC 在優(yōu)化的條件下，我們先進(jìn)行了銅鹽催化芳基碘化物與末端炔烴的偶聯(lián)反應(yīng)。從表格四可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于各種各樣含有給電子或吸電子基團(tuán)的芳基碘化物和炔烴之間的Sonogashira偶聯(lián)，反應(yīng)都可以順利進(jìn)行，以良好到優(yōu)異的收率生成相應(yīng)的偶聯(lián)產(chǎn)物。 盡管在上述優(yōu)化條件下，芳基溴化物幾乎沒有活性，然而，當(dāng)將CuI和L的用量各提高到20 mol%，反應(yīng)溫度提高到160 oC時(shí)，各種芳基溴化物與末端炔烴的偶聯(lián)反應(yīng)也可以順利進(jìn)行，以良好到優(yōu)異的收率生成相應(yīng)的偶聯(lián)產(chǎn)物 3、結(jié)論 通過研究我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)空氣不敏感、易得的非膦配體，2,2’-二胺基-6,6’-二甲基聯(lián)苯(L)，在以銅鹽為催化劑，芳基碘化物和溴化物為底物的Suzuki和Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)中是一個(gè)良好的配體。在各自優(yōu)化的條件下，各個(gè)偶聯(lián)反應(yīng)基本上都可以順利進(jìn)行以良好到優(yōu)異的收率生成相應(yīng)的偶聯(lián)產(chǎn)物，而且反應(yīng)的官能團(tuán)兼容性較高，底物普適性較好。 通過我們所發(fā)展的方法，可以應(yīng)用價(jià)格低廉的金屬銅鹽為催化劑，對(duì)空氣穩(wěn)定的、基本無毒的胺類化合物為配體，實(shí)現(xiàn)Suzuki和Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)。以我們所發(fā)展的方法，應(yīng)用廉價(jià)的銅鹽為催化劑，可以比金屬鈀鹽節(jié)省催化劑成本90%以上；與同類銅鹽催化的反應(yīng)相比較，此方法更加穩(wěn)定、可靠，操作更加簡(jiǎn)便；通過此方法可以合成廣泛存在于天然產(chǎn)物、藥物分子和功能材料中的聯(lián)苯類化合物，比如可以合成高控制血壓和治療心臟病的沙坦類藥物，這類藥物在市場(chǎng)上具有非常大的銷售量；還可以合成一系列廣泛存在于天然產(chǎn)物、具有生物活性的分子和材料化學(xué)中的炔烴類化合物；還可以合成用于制備液晶材料、光敏材料的六炔基苯類化合物等等。總之，我們所發(fā)展的方法具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。 4、實(shí)驗(yàn)部分 4.1 實(shí)驗(yàn)通則： 1H和13C NMR核磁共振圖譜在Bruker Avance-300或500 MHz儀器上，以TMS為內(nèi)標(biāo)測(cè)定，偶合常數(shù)的單位為赫茲。DMF和DMSO經(jīng)CaH2干燥、減壓蒸餾后使用。商業(yè)購買所得的藥品沒有經(jīng)過純化而直接用于反應(yīng)中。快速柱層析是用黃海300-400目硅膠填充柱進(jìn)行的。 4.2實(shí)驗(yàn)操作步驟： 4.2.1 CuO-L催化芳基碘化物和芳基硼酸Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)一般操作： (如果芳基碘化物為液體)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將芳基硼酸2 (0.6 mmol)，CuO (20 mol%)，配體L (20 mol%)，堿K2CO3 (2.0 equiv)和DMF (2.0 mL)加入Schlenk反應(yīng)管，抽換氮?dú)馊魏?，再加入芳基碘化? (0.5 mmol)。將反應(yīng)混合物在130 oC攪拌48小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)混合物用乙酸乙酯稀釋，再用飽和食鹽水洗滌，最后用無水硫酸鈉干燥。過濾，快速柱層析后得到產(chǎn)物3。 (如果芳基碘化物為固體)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將芳基碘化物1 (0.5 mmol)，芳基硼酸2 (0.6 mmol)，CuO (20 mol%)，配體L (20 mol%)，堿K2CO3 (2.0 equiv)和DMF (2.0 mL)加入Schlenk反應(yīng)管，抽換氮?dú)馊?。將反?yīng)混合物在130 oC攪拌48小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)混合物用乙酸乙酯稀釋，再用飽和食鹽水洗滌，最后用無水硫酸鈉干燥。過濾，快速柱層析后得到產(chǎn)物3。 4.2.2 CuO-L催化芳基溴化物和芳基硼酸Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)一般操作： 氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將芳基硼酸2 (0.6 mmol)，CuO (20 mol%)，配體L (20 mol%)，堿Na2CO3 (2.0 equiv)和DMF (2.0 mL)加入Schlenk反應(yīng)管，抽換氮?dú)馊魏?，再加入芳基溴化? (0.5 mmol)。將反應(yīng)混合物回流攪拌48小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)混合物用乙酸乙酯稀釋，再用飽和食鹽水洗滌，最后用無水硫酸鈉干燥。過濾，快速柱層析后得到產(chǎn)物3。 4.2.3 CuI-L催化芳基碘化物和末端炔烴Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)一般操作： (如果芳基碘化物為液體)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將CuI (10 mol%)，配體L (10 mol%)，NaOH (2.0 equiv)和DMSO (1.0 mL)加入Schlenk反應(yīng)管，抽換氮?dú)馊魏笤偌尤敕蓟饣? (0.75 mmol)和末端炔烴4 (0.90 mol)。將反應(yīng)混合物在115 oC攪拌24小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)混合物用乙酸乙酯稀釋，再用飽和食鹽水洗滌，最后用無水硫酸鈉干燥。過濾，快速柱層析后得到產(chǎn)物5。 (如果芳基碘化物為固體)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將芳基碘化物1 (0.75 mmol)，CuI (10 mol%)，配體L (10 mol%)，NaOH (2.0 equiv)和DMSO (1.0 mL)加入Schlenk反應(yīng)管，抽換氮?dú)馊魏笤偌尤肽┒巳矡N4 (0.90 mol)。將反應(yīng)混合物在115 oC攪拌24小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)混合物用乙酸乙酯稀釋，再用飽和食鹽水洗滌，最后用無水硫酸鈉干燥。過濾，快速柱層析后得到產(chǎn)物5。 4.2.4 CuI-L催化芳基溴化物和末端炔烴Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)一般操作： 氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將CuI (20 mol%)，配體L (20 mol%)，NaOH (2.0 equiv)和DMSO (1.0 mL)加入Schlenk反應(yīng)管中，抽換氮?dú)馊魏笤偌尤敕蓟寤? (0.75 mmol)和末端炔烴4 (0.90 mol)。將反應(yīng)混合物在160 oC攪拌48小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)混合物用乙酸乙酯稀釋，再用飽和食鹽水洗滌，最后用無水硫酸鈉干燥。過濾，快速柱層析后得到產(chǎn)物5。 4.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 4.3.1化合物3a[7]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 3.79 (s, 3H, OCH3), 6.94 (d, J = 8.4 Hz, 2H, Ar), 7.27 (t, J = 6.9 Hz, 1H, Ar), 7.39 (t, J = 7.5 Hz, 2H, Ar), 7.49-7.54 (m, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) ? 55.2, 114.1, 126.6, 126.7, 128.1, 128.7, 133.6, 140.7, 159.1. 4.3.2化合物3b[7]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 2.36 (s, 3H, CH3), 3.80 (s, 3H, OCH3), 6.94 (d, J = 8.7 Hz, 2H, Ar), 7.20 (d, J = 7.5 Hz, 2H, Ar), 7.43 (d, J = 7.5 Hz, 2H, Ar), 7.49 (d, J = 8.7 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) ? 21.0, 55.2, 114.1, 126.5, 127.9, 129.4, 133.6, 136.3, 137.9, 158.9. 4.3.3化合物3c[8]：無色液體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 2.27 (s, 3H, CH3), 3.83 (s, 3H, OCH3), 6.94 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 7.20-7.25 (m, 6H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) ? 20.5, 55.2, 113.5, 125.7, 126.9, 129.9, 130.2, 130.3, 134.4, 135.4, 141.5, 158.5. 4.3.4化合物3d[9]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 2.37 (s, 3H, CH3), 3.84 (s, 3H, OCH3), 6.94-6.97 (m, 3H, Ar), 7.17 (s, 2H, Ar), 7.51 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) ? 21.4, 55.2, 114.0, 124.6, 128.1, 128.3, 133.9, 138.1, 140.8, 158.9. 4.3.5化合物3e[7]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 3.84 (s, 3H, OCH3), 6.97 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 7.37 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 7.45-7.50 (m, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) ? 55.3, 114.2, 127.9, 128.0, 128.8, 132.4, 132.6, 139.2, 159.3. 4.3.6化合物3f[10]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) ? 2.64 (s, 3H, CH3), 7.39-7.49 (m, 3H, Ar), 7.63 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.69 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 8.04 (d, J = 8.4 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 26.7, 127.2, 127.3, 128.2, 128.9, 129.0, 135.9, 139.9, 145.8, 197.8. 4.3.7化合物3g[7]：無色液體。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) ? 3.74 (s, 6H, OCH3), 6.86 (dd, J1 = 6.5 Hz, J2 = 2.0 Hz, 4H, Ar), 7.38 (dd, J1 = 6.5 Hz, J2 = 2.0 Hz, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 54.3, 113.1, 126.7, 132.5, 157.7. 4.3.8化合物3h[11]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 3.85 (s, 3H, OCH3), 6.96-6.98 (m, 2H, Ar), 7.07-7.13 (m, 2H, Ar), 7.45-7.51 (m, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) ? 55.2, 114.2, 115.5 (d, JC-F = 21.4 Hz), 128.0, 128.1 (d, JC-F = 7.7 Hz), 132.7, 136.9 (d, JC-F = 3.2 Hz), 159.0, 162.0 (d, JC-F = 244.3 Hz). 4.3.9化合物3i[12]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz TMS) ? 3.81 (s, 3H, OMe), 6.65 (d, ? = 1.2 Hz, 1H), 6.91 (d, ? = 7.2 Hz, 2H, Ar), 7.41 (d, ? = 7.2 Hz, 2H, Ar), 7.45 (d, ? = 1.2 Hz, 1H), 7.65 (s, 1H). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) ? 55.3, 108.9, 114.3, 125.1, 126.1, 127.0, 137.7, 143.5, 158.8. 4.3.10化合物3j[13]：無色液體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 3.83 (s, 3H, OCH3), 6.86-6.90 (m, 1H, Ar), 7.11-7.19 (m, 2H, Ar), 7.30-7.36 (m, 2H, Ar), 7.39-7.44 (m, 2H, Ar), 7.56-7.59 (m, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 75 MHz, TMS) ? 55.2, 112.6, 112.8, 119.6, 127.1, 127.4, 128.7, 129.7, 141.0, 142.7, 159.9. 4.3.13化合物3k[14]：無色液體。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) ? 2.30 (s, 3H, CH3), 3.75 (s, 3H, OCH3), 6.78 (dd, J1= 8.1 Hz, J2 = 1.95 Hz, 1H, Ar), 7.02-7.03 (m, 1H, Ar), 7.07 (d, J = 7.7 Hz, 1H, Ar), 7.15 (d, J = 7.9, 2H, Ar), 7.24 (t, J = 7.9 Hz, 1H, Ar ) 7.39 (d, J = 8.1 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 21.1, 55.3, 112.4, 112.8, 119.6, 127.1, 129.5, 129.7, 137.2, 138.3, 142.8, 160.0. 4.3.14化合物5a[15]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 3.76 (s, 3H, OCH3), 6.84 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 7.29-7.31 (m, 3H, Ar), 7.44-7.52 (m, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 55.3, 88.1, 89.4, 114.0, 115.4, 123.6, 127.9，128.3, 131.4, 133.0, 159.6. 4.3.15化合物5b[16]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz TMS) ? 3.82 (s, 3H, OMe), 6.86 (d, ? = 8.1 Hz, 2H), 7.45 (d, ? = 8.1 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 55.2, 87.9, 113.9, 115.7, 132.8, 159.3. 4.3.16化合物5c[17]：深黃色液體。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) ? 3.89 (s, 3H, OCH3), 6.88-6.94 (m, 2H, Ar), 7.29-7.33 (m, 4H, Ar), 7.50 (dd, J = 7.6, 1.7 Hz, 1H, Ar), 7.56 (dd, J1 = 7.7, 1.5 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 55.9, 85.7, 93.4, 110.7, 112.4, 120.4, 123.5, 128.1, 128.2, 129.7, 131.6, 133.5, 159.9. 4.3.17化合物5d[18]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 2.50 (s, 3H, CH3), 3.81 (s, 3H, OCH3), 6.87 (dd, J = 6.8, 3.4 Hz, 2H, Ar), 7.14-7.23 (m, 3H, Ar), 7.44-7.48 (m, 3H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 20.7, 55.2, 87.0, 93.3, 114.0, 115.6, 123.3, 125.5, 127.9, 129.4, 131.6, 132.9, 139.9, 159.5. 4.3.18化合物5e：白色固體。熔點(diǎn): 41-42 oC. 1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) ? 2.28 (s, 6H, CH3), 3.77 (s, 3H, OCH3), 6.84 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 6.92 (s, 1H, Ar), 7.14 (s, 2H, Ar), 7.44 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 21.0, 55.1, 88.4, 88.6, 113.9, 115.5, 123.1, 129.1, 129.8, 132.9, 137.8, 159.4. MS (EI) m/z: 202 (M+, 6), 142 (100), 141 (81), 128 (48), 115 (18), 91 (17). HRMS (EI) Calcd. for C17H16O requires 236.1201, Found: 202.0990. IR (neat) ? 3037, 2834, 2360 (C≡C), 2342 (C≡C), 1606, 1595, 1508, 1457, 1288, 1266, 1246, 1173, 1106, 1032, 849, 831, 738, 703 cm-1. 4.3.19化合物5f[16]：黃色液體。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) ? 2.33 (s, 3H, CH3), 3.79 (s, 3H, OCH3), 6.86 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.11 (d, J = 8.0 Hz, 1H, Ar), 7.21 (t, J = 8.0 Hz, 1H, Ar), 7.31-7.34 (m, 2H, Ar), 7.46 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 21.2, 55.2, 88.2, 89.0, 113.9, 115.4, 123.3, 128.2, 128.5, 128.8, 132.0, 133.0, 137.9, 159.5. 4.3.20化合物5g[19]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) ? 2.36 (s, 3H, CH3), 3.82 (s, 3H, OCH3), 6.87 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.14 (d, J = 8.0 Hz, 2H, Ar), 7.40 (d, J = 8.0 Hz, 2H, Ar), 7.46 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 21.5, 55.3, 88.2, 88.7, 114.0, 115.6, 120.5, 129.1, 131.3, 133.0, 138.0, 159.5. 4.3.21化合物5h[17]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 3.81 (s, 3H, OCH3), 6.87 (d, J = 8.9 Hz, 2H, Ar), 7.30 (d, J = 8.6 Hz, 2H, Ar), 7.42 (d, J = 8.6 Hz, 2H, Ar), 7.47 (d, J = 8.9 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 55.3, 87.0, 90.4, 114.1, 115.0, 122.2, 128.6, 132.6, 133.1, 133.9, 159.8. 4.3.22化合物5i[20]：白色固體。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) ? 3.83 (s, 3H, OCH3), 6.88 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.03 (t, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.45-7.50 (m, 4H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 55.3, 87.0, 89.0, 114.0, 115.2, 115.6 (d, JC-F = 22 Hz), 119.7 (d, JC-F = 3.5 Hz), 133.0, 133.3 (d, JC-F = 8.1 Hz), 159.7, 162.3 (d, JC-F = 247.5 Hz). 4.3.23化合物5j[21]：淺黃色固體。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, TMS) ? 3.82 (s, 3H, OCH3), 6.87 (d, J = 9.0 Hz, 2H, Ar), 7.14 (td, J = 7.8, 1.8 Hz, 1H, Ar), 7.27 (td, J = 7.8, 1.2 Hz, 1H, Ar), 7.50-7.54 (m, 3H, Ar), 7.59 (dd, J = 13.0, 1.5 Hz, 1H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 55.3, 86.8, 94.0, 114.0, 114.9, 125.4, 125.7, 127.0, 129.0, 132.3, 133.0, 133.1, 159.9. 4.3.24化合物5k[22]：黃色液體。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) ? 3.785 (s, 3H, OCH3), 3.787 (s, 3H, OCH3), 6.86 (d, J = 8.5 Hz, 3H, Ar), 7.04 (dd, J = 2.0, 1.5 Hz, 1H, Ar), 7.10-7.11 (t, J = 1.5 Hz, 1H, Ar), 7.22 (t, J = 8.0 Hz, 1H, Ar), 7.46 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 55.18, 55.19, 88.0, 89.2, 114.0, 114.6, 115.2, 116.2, 124.0, 124.6, 129.3, 133.0, 159.3, 159.6. 4.3.25化合物5l[23]：淺黃色固體。1H NMR (CDCl3, 500 MHz, TMS) ? 3.81 (s, 3H, OCH3), 6.89 (dd, J = 8.5, 2.5 Hz, 1H, Ar), 7.06 (s, 1H, Ar), 7.13 (d, J = 7.5 Hz, 1H, Ar), 7.23-7.26 (m, 1H, Ar), 7.32-7.34 (m, 3H, Ar), 7.53-7.54 (m, 2H, Ar). 13C NMR (CDCl3, 125 MHz, TMS) ? 55.3, 89.2, 89.3, 114.9, 116.3, 123.2, 124.2, 124.3, 128.27, 128.32, 129.4, 131.6, 159.4. 5、參考文獻(xiàn)： [1] (a) Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions; Eds.: de Meijere, A.; Diederich, F.; 2nd Ed.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2004, Vols. 1-2. 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作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的:本作品旨在發(fā)展一種低成本銅鹽和穩(wěn)定易得低毒的非膦化合物為配體的新型催化體系，來高效實(shí)現(xiàn)Suzuki和Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)的新方法，以達(dá)到銅鹽催化碳-碳鍵形成的研究目的。 基本思路:首先以對(duì)甲氧基碘苯和苯硼酸（或苯乙炔）為底物，研究篩選各種銅鹽、配體、堿、溶劑以及溫度等對(duì)反應(yīng)的影響，得到最優(yōu)化的反應(yīng)條件。再在最優(yōu)化的條件下，對(duì)各種反應(yīng)底物進(jìn)行拓展，以研究反應(yīng)對(duì)各種底物的普適性。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

1)原創(chuàng)性:本作品得到了2項(xiàng)省大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的資助，并以本科生團(tuán)隊(duì)為第一完成人發(fā)表了SCI論文兩篇，IF分別為2.0和1.7。 2)先進(jìn)性及經(jīng)濟(jì)性:以廉價(jià)的金屬銅鹽代替昂貴的鈀鹽，可節(jié)約催化劑成本90%以上。 3)環(huán)保性：以穩(wěn)定易得、低毒的非膦配體代替?zhèn)鹘y(tǒng)有毒含磷配體，反應(yīng)安全、環(huán)保。 4)應(yīng)用前景：本作品發(fā)展的方法可以應(yīng)用于含有聯(lián)芳基和內(nèi)炔類結(jié)構(gòu)的藥物、光學(xué)材料等的合成。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

本作品發(fā)展的方法摒棄了傳統(tǒng)昂貴的鈀鹽及有毒膦配體的使用，以低廉的銅鹽和穩(wěn)定、易得、低毒的非膦配體為催化體系，高效地實(shí)現(xiàn)了Suzuki和Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)。本方法可廣泛應(yīng)用于聯(lián)苯和炔烴類化合物的合成。這些化合物不但具有生物活性，還具有功能材料的性能。如用于治療高血壓和心臟病的沙坦類藥物就含有聯(lián)苯基結(jié)構(gòu)，且目前具有非常大的市場(chǎng)需求量；又比如許多液晶和光敏材料的原料即為炔烴類化合物。

學(xué)術(shù)論文摘要

過渡金屬催化的Suzuki和Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)是形成碳-碳鍵的重要方法。傳統(tǒng)的偶聯(lián)反應(yīng)，常用的催化劑為金屬鈀鹽，常用的配體為有機(jī)膦化合物。金屬鈀鹽催化劑不但價(jià)格昂貴，而且易造成產(chǎn)品中微量鈀的殘留而導(dǎo)致產(chǎn)品重金屬中毒。此外，有機(jī)膦配體，特別是高活性的有機(jī)膦配體，一般在空氣中不穩(wěn)定，易被氧化變質(zhì)，以致于至今鈀/膦配體催化體系不能在工業(yè)上大規(guī)模使用，因此研究開發(fā)價(jià)廉、安全、易操作的新型催化體系是現(xiàn)代有機(jī)合成中的關(guān)鍵難題之一。本作品選用對(duì)空氣穩(wěn)定、易得的2,2’-二胺基-6,6’-二甲基聯(lián)苯為配體，廉價(jià)的銅鹽為催化劑，實(shí)現(xiàn)了芳基碘化物和溴化物的Suzuki和Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)，該反應(yīng)具有收率高、安全、易操作等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本方法對(duì)各種底物具有廣泛的適用性，高效地合成了一系列聯(lián)芳基和內(nèi)炔類化合物，并可進(jìn)一步應(yīng)用于藥物、光學(xué)、液晶材料等的合成。

獲獎(jiǎng)情況

1)Catal. Lett. 2010, 139, 141-144 (SCI論文，影響因子2.0). 2)Bull. Chem. Soc. Jpn. 2011, 84, 526-530(SCI論文，影響因子1.7). 3)本作品榮獲浙江省第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。 4)本作品榮獲校級(jí)第四屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)和最佳表現(xiàn)獎(jiǎng)。

鑒定結(jié)果

本作品中的成果已分別發(fā)表在SCI收錄的國際期刊Catalysis Letters和Bulletin of the Chemical Society of Japan上。

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

過渡金屬催化的偶聯(lián)反應(yīng)是形成碳-碳鍵最重要和有效的方法之一。也正由于其重要性，過渡金屬鈀催化的偶聯(lián)反應(yīng)榮獲了2010年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。傳統(tǒng)的偶聯(lián)反應(yīng)中常用的催化劑為金屬鈀鹽，常用的配體為含磷化合物。金屬鈀鹽價(jià)格昂貴，每公斤為八到二十萬元人民幣，而且鈀鹽催化劑不但易導(dǎo)致產(chǎn)品中微量金屬鈀的殘留而使產(chǎn)品受到重金屬污染，限制了金屬鈀鹽在工業(yè)上特別是藥物合成中的廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的含磷配體，特別是高活性的含磷配體，大多數(shù)在空氣中易被氧化變質(zhì)，且具有高毒性,其廣泛的使用將導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化而對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。相反，金屬銅鹽價(jià)格相當(dāng)?shù)土?，每公斤僅需幾百元人民幣。近年來，研究者們逐漸傾向于將價(jià)格低廉的金屬銅鹽應(yīng)用于碳-碳鍵的形成中。但目前大量文獻(xiàn)的報(bào)導(dǎo)中，仍應(yīng)用有毒的含磷化合物為配體，易導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題。另外，應(yīng)用非膦化合物為配體的偶聯(lián)反應(yīng)中，有些非膦配體價(jià)格昂貴或反應(yīng)條件苛刻(比如反應(yīng)溫度需要140度以上)。而應(yīng)用金屬銅鹽和非膦配體的催化體系,對(duì)芳基溴化物的Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)，鮮有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。為此，發(fā)展價(jià)廉的銅鹽為催化劑，穩(wěn)定易得低毒的非膦配體，高效、安全地實(shí)現(xiàn)Suzuki和Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)，達(dá)到銅鹽催化碳-碳鍵形成的研究目的，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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