N-硫醚取代的1,2,3-三唑辅助钯催化合成联芳化合物

N-硫醚取代的1,2,3-三唑辅助钯催化合成联芳化合物

黄恒,司翔,付光磊,于波,严琼

荆州学院

摘要：本论文首次应用了无磷的N-硫醚取代的1,2,3-三唑配体辅助钯催化基于芳基卤化物与双频哪醇硼酯的一锅两步法偶联反应，并对实验条件和底物的适应性进行了深入研究。实验表明，N2-硫醚取代的1,2,3-三唑辅助钯在一锅法合成联芳化合物的反应中表现出优良的催化活性。

关键词：一锅两步法；N-硫醚取代的1,2,3-三唑；联芳化合物

联芳化合物是有机合成中重要的中间体[1]。它已被应用于许多分子的合成，包括生物活性化合物、先进材料和不对称催化剂[2]。因此，人们对联芳基化合物的合成进行了大量的研究。目前，钯催化的芳基硼酸与卤代芳香烃的交叉偶联已被证明是制备联芳基化合物最常用的方法[3]。这种方法的缺点是使用硼酸，由于合成硼酸的条件非常苛刻[4]。近年来，使用双(频哪醇)二硼作为试剂一锅法合成联芳基化合物的新方法[5-6]备受关注。在这些钯催化的"一锅法"转化中，芳基硼酸酯并不需要分离，而是可以经过后续的Suzuki-Miyaura偶联。

在一锅两步Suzuki-Miyaura偶联反应的氧化加成过程中，零价钯被氧化成二价，电子从零价钯上转移到有机卤代物上，所以，当与钯配位的配体具有富电子性，能使钯金属中心电子云密度增加，则氧化加成步骤会更容易发生，所以金属钯通常会在配体的作用下共同完成催化反应。[7-9]而1,2,3-三唑环上三个氮原子均含有一对孤对电子，使得1,2,3-三唑环具有较高的电子云密度，1,2,3-三唑环的这种富电子性质使其能很好的提供孤对电子与金属形成稳定的配合物。[10-16]利用1,2,3-三唑配体的富电子特性，故我们将其应用于一锅两步Suzuki-Miyaura偶联反应之中，对其催化反应活性进行了研究。

实验部分

1、条件优化

我们以对甲基溴苯和联硼酸频那醇酯的反应为模板反应来进行条件优化。在二氯化二乙腈钯为催化剂的条件下，对不同的配体、碱、溶剂进行了筛选（见表1）。

表1反应条件的优化

反应条件：对甲基溴苯(2.20 mmol)，联硼酸频那醇酯(1 mmol)，t-BuOK (2.50 mmol)，催化剂Pd(CH3CN)2Cl2/Ligand (1 mol%)，溶剂 DMF 3 mL，50 °C，氩气保护反应4小时，收率为分离收率。

首先，在50 °C下，反应以1 mol%乙腈钯，1 mol%的N-硫醚取代的1,2,3-三唑配体L12辅助下，碳酸钾为碱，DMF为溶剂，通过氩气保护进行反应，TLC监测点板，4小时后，得到了相应的产物2a，收率为62%，说明该配体在钯催化硼酯的一锅两步法反应中有一定的活性。然后我们对不同的碱进行了筛选，包括无机碱K2CO3、K3PO4·3H2O、NaOAc以及有机碱三乙胺(Et3N)和叔丁醇钾(t-BuOK) (Entries 1-5)。结果表明以t-BuOK作碱时收率最高，为89%。因此，我们确定了t-BuOK为最优碱。此外，我们还对常见的几种溶剂进行了筛选，包括N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、四氢呋喃(THF)、1,4-二氧六环(1,4-Dioxane)以及溶剂二甲基亚砜(DMSO) (Entries 5-8)。结果表明DMF作溶剂时，反应收率最高，为89%。因此，我们确定了DMF为最优溶剂。在此基础上，我们还进一步筛选了不同的配体，发现当使用配体L11时，收率高达93%，说明N2-硫醚取代的1,2,3-三唑配体辅助钯在催化硼酯的一锅两步法反应中具有最高的活性。

2、底物拓展

确定了最优条件为氩气保护条件下，对甲基溴苯(2.20 mmol)、联硼酸频那醇酯(1 mmol)，t-BuOK(2.50 mmol)，催化剂Pd(CH3CN)2Cl2/L11(1 mol%)，溶剂DMF，室温反应4小时后，我们开始对基于硼酯的一锅两步法反应进行底物的拓展，合成了一系列对称的联芳化合物。

从表2可知，当卤苯上有不同的取代基例如甲基、三氟甲基、甲氧基、羟基亚甲基，均能以较好的收率得到相应的对称的联芳化合物。特别的是，当卤苯芳环上为杂环噻吩、萘环、苯并[d][1,3]二噁唑时(2i, 2f, 2g)，反应收率也高达86%以上。此外，我们还对长链脂肪烃取代的溴苯的反应进行了研究，结果以91%的收率得到了相应的产物(2e)。这说明了

N-硫醚取代的1,2,3-三唑辅助钯在催化Suzuki反应中有较高的活性。

表2反应底物拓展[a]

[a]反应条件：对甲基溴苯(2.20 mmol)，联硼酸频那醇酯(1 mmol)，t-BuOK (2.50 mmol)，催化剂Pd(CH3CN)2Cl2/L11(1 mol%)，溶剂 DMF 3 mL，50 °C，氩气保护反应4小时，收率为分离收率。

[b]反应条件：氯苯(4 mmol)，联硼酸频那醇酯(1 mmol)，t-BuOK (4 mmol)，催化剂Pd(CH3CN)2Cl2/L11(5 mol%)，溶剂 DMF 3 mL，130 °C，氩气保护反应24小时，收率为分离收率。

为进一步验证该催化体系的活性，我们还对低活性的取代氯苯的反应进行了研究。当我们同时将氯苯以及叔丁醇钾t-BuOK的量均增加至4 mmol，反应温度升至130 °C，且增加催化剂的当量至5 mol%，延长反应时间至24小时后，也能以较好的收率得到相应的偶联产物(2a, 2j)。这也进一步论证了N-硫醚取代的1,2,3-三唑辅助钯在催化硼酯的一锅两步法反应中有较高的活性。

总结

本论文以对甲基溴苯和联硼酸频那醇酯为模板反应，在N-硫醚取代的1,2,3-三唑辅助钯催化体系下，通过对溶剂、碱、催化剂当量等进行条件优化，对N-硫醚取代的1,2,3-三唑钯配合物的催化性能进行了研究。通过实验设计与分析，筛选出了在Suzuki-Miyaura偶联反应中具有较高催化活性的N2-硫醚取代的1,2,3-三唑钯配合物。且在该催化体系下，实现了低活性的氯代芳烃与硼酸的偶联以及合成了一系列对称的联芳化合物。

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