過渡金屬催化（類）鹵化物和不同金屬試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)是構(gòu)建不同類型C-C鍵和C-X（X=N, O, S, P）的重要方法之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于精細化工、材料和香料等領(lǐng)域。2010年，諾貝爾化學獎授予美國科學家Richard F. Heck、日本科學家Ei-ichi Negish和Akira Suzuki，以表彰他們在鈀催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)領(lǐng)域的重要貢獻。1,3-雙(二苯基膦丙烷)二氯化鎳因其廉價且活性高，在偶聯(lián)反應(yīng)中在越來越備受關(guān)注。

Negishi偶聯(lián)反應(yīng)

2005年Saeki等首次報道使用物質(zhì)的量分數(shù)0.01% PdCl₂(DPPP)(DPPP為1,3-雙(二苯基膦)丙烷)作為催化劑，可以高效、高區(qū)域選擇性催化實現(xiàn)1,1二氟烯烴1a中反式C-F鍵和對甲基苯基氯化鋅2a的Negishi偶聯(lián)反應(yīng)，以70%收率得到單氟烯烴(Z)-3a，反應(yīng)中也同時觀察到23%的雙偶聯(lián)副產(chǎn)物4a(圖1)。作為對照，如果改用對甲基苯基溴化鎂5a作為親核試劑，利用物質(zhì)的量分數(shù)1% 1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]作為催化劑，雙偶聯(lián)副產(chǎn)物4a產(chǎn)率升高至58%。上述數(shù)據(jù)充分說明在實現(xiàn)烯基氟試劑參與的偶聯(lián)反應(yīng)時，選用合適的親核金屬試劑以及催化劑至關(guān)重要。^[1]

2006年，Walters等先將烷基鹵化物、鋅試劑與催化劑1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]加入二氧六環(huán)中，在65℃下加熱4h，然后再加入氨基雜環(huán)氯化物回流2h,以43%~69%收率完成了Negishi偶聯(lián)反應(yīng)(式16)。結(jié)果證實，1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]能順利地催化烷基鋅試劑與氨基雜環(huán)氯化物的偶聯(lián)反應(yīng)，而且采用的是-鍋法，省去了蒸餾過量二乙基鋅的步驟，操作更簡便。^[2]

Suzuki反應(yīng)

2011年，Han課題組報道了1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]在不活潑磺酸酯底物如對甲苯磺酸酯和甲磺酸酯的Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)中的應(yīng)用(Scheme10)。該催化劑具有穩(wěn)定、廉價、應(yīng)用性廣和高催化活性的特點。在催化劑載量低至1 mol%的優(yōu)選條件下，可有效實現(xiàn)包括不活潑的底物如大位阻和芳雜環(huán)類化合物(36 examples)的反應(yīng)，收率高達到99%。^[3]

另外，該課題組在2012年報道了1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]催化胺基磺酸酯為底物的Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)，在較低的催化劑載量(1~1.5mol%)下，磷酸鉀作堿，以氨基磺酸酯底物與對甲氧基苯硼酸反應(yīng)，其收率為84%(Scheme 11)。與[NiCl₂(PCy₃)₂]相比，由于DPPP配體與金屬中心雙齒鰲合，1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]對空氣和水穩(wěn)定性更高，對于大規(guī)模生產(chǎn)具有很好的應(yīng)用前景。^[3]

Han和同事開發(fā)了一種更有效且容易獲得的鎳催化劑1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]。這種催化劑可以在催化劑負載低于1mol%的情況下，使豐富的芳基溴化物和活性較低的芳基氯化物進行非常普遍和高效的交叉偶聯(lián)(方案3和方案4)。當使用K₃PO₄作為二氧六環(huán)的堿時，在100℃下，具有富電子取代基和缺乏取代基的底物陣列具有良好的耐受性。此外，空間位阻的芳基鹵化物和異芳鹵化物也是可行的伙伴。值得注意的是，在轉(zhuǎn)化過程中不需要外部支撐配體。此外還具有較高的催化性能。受阻的芳香族和異芳香族鹵化物也是可行的伙伴。值得注意的是，在轉(zhuǎn)化過程中不需要外部支撐配體。除了高催化活性外，由于DPPP的雙齒性質(zhì)，1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]也具有很高的穩(wěn)定性，與鎳形成穩(wěn)定的六元配合物。[4]

作為一種潛在的應(yīng)用，該方法可用于有效合成新型殺菌劑Boscalids(方案5)，這是目前Suzuki-Miyaura反應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用之一(每年約1000噸)。39a在報道的方法中，該產(chǎn)品合成的關(guān)鍵反應(yīng)是鈀催化1-氯代苯(1-氯代苯)與4-氯苯基硼化合物的交叉偶聯(lián)然后，在交叉偶聯(lián)芳基中還原NO₂，得到關(guān)鍵中間體2-氨基-40 -氯聯(lián)苯。

Han等利用他們的NiCl₂(DPPP)催化交叉偶聯(lián)方法開發(fā)了一種更有效的途徑。也就是說，2-氯苯腈與略過量的4-氯苯基硼酸(1.1當量)的交叉偶聯(lián)在只有0.4 mol%的NiCl₂(DPPP)的存在下進行順利。該反應(yīng)可在克級原料下進行。水解后對偶聯(lián)產(chǎn)物進行Hofmann重排，兩步即可得到所需的聯(lián)芳基胺，收率82%。最后，聯(lián)芳胺與2-氯煙堿酰氯縮合得到目標Boscalid。

通過合成2-氰基-40-甲基聯(lián)苯(方案6)進一步證明了1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]催化偶聯(lián)反應(yīng)的實用性。該聯(lián)芳基化合物是合成抗高血壓藥物等的關(guān)鍵中間體如氯沙坦，厄貝沙坦和纈沙坦，或AT2拮抗劑，以及也代表了pd催化的鈴木宮浦反應(yīng)最重要的工業(yè)應(yīng)用之一經(jīng)過對初始工藝的進一步精心優(yōu)化，Han和同事表明，在1.0 mol%的1,3-雙(二苯膦丙烷)二氯化鎳[NiCl₂(DPPP)]催化劑和較低當量的無水K₃PO₄堿的條件下，2-氯苯腈與略過量的4-甲基苯基硼酸(1.05當量)的偶聯(lián)反應(yīng)可以在10克(g)量級上非常順利地進行粗產(chǎn)品的產(chǎn)量幾乎是定量的。對粗產(chǎn)品純度約為95%，僅含有少量硼酸的均偶聯(lián)產(chǎn)物作為雜質(zhì)。粗產(chǎn)物可用于后續(xù)轉(zhuǎn)化，無需進一步提純。

參考文獻

[1] 馮亞莉, 周列錦, 曹中艷. 過渡金屬催化氟代烯烴參與的交叉偶聯(lián)反應(yīng)進展[J]. 應(yīng)用化學, 2022, 39(05):749-759.

[2] 邵忠奇, 李興, 常宏宏等. Negishi偶聯(lián)反應(yīng)的研究進展[J]. 化學通報, 2013, 76(08): 704-711.

[3] 王婷, 代禎, 黃沖等. 磺酸芳香酯參與的Suzuki反應(yīng)的研究進展[J]. 合成化學, 2019, 27(09): 763-770.

[4] Han, F.-S. Transition-metal-catalyzed Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions: a remarkable advance from palladium to nickel catalysts. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5270– 5298.