钯催化2-苯基吡啶与扁桃酸衍生物偶联反应的研究

伊泽，王飞飞，刘霞，刘范嘉，陈焕军（天津凯英科技发展有限公司，天津 300392）

钯催化2-苯基吡啶与扁桃酸衍生物偶联反应的研究

伊泽，王飞飞，刘霞，刘范嘉，陈焕军（天津凯英科技发展有限公司，天津 300392）

以叔丁基氢过氧化物（TBHP）为氧化剂、醋酸钯为催化剂，研究了2-苯基吡啶与扁桃酸衍生物的偶联反应，考察了氧化剂、催化剂和温度对反应产率的影响。结果表明，氧化剂TBHP对反应起着非常重要的作用。2-苯基吡啶和扁桃酸衍生物在该体系发生催化偶联反应，该反应不仅具有特定的区域和化学选择性，而且产率较高。该反应为芳基酮化合物的合成提供了一条新型便捷的途径。

扁桃酸衍生物；2-苯基吡啶；钯催化剂；氧化偶联；芳基酮化合物

近年来，直接通过金属催化激活C－H键裂解引起了研究者的广泛关注［1-2］。它相对于传统的有机金属试剂交叉偶联方法［3-6］，有显著的生态和经济优势。随着人们不断的探索和研究，过渡金属钯展现出独特的催化效果。过渡金属钯催化的偶联反应是近年来有机合成的研究热点之一，这种反应的工艺操作对环境的污染小，稳定、简单，为酮类化合物的合成提供了一种简单便捷的方法［7-8］。作者以扁桃酸衍生物为底物，以Pd（OAc）2/TBHP为催化系统，通过氧化偶联合成了相应的芳基酮化合物。

1 实验

1.1 主要试剂与仪器

扁桃酸、Pd（OAc）2、叔丁基氢过氧化物（TBHP）、二苯基吡啶，Alfa Aesar A Johnson Matthey Company；二氯甲烷、无水碳酸钾、无水乙醇、四氢呋喃，分析纯，天津江天化工技术有限公司。

Bruker-600型核磁共振仪（TMS为内标），瑞士布鲁克公司；X-4型显微熔点测定仪，北京泰克公司； FA1004型电子分析天平，上海精科天美贸易有限公司；Thermo Trace DSQ型气相色谱-质谱联用仪，美国热电公司。

1.2 方法

扁桃酸衍生物按文献［9］方法制备。

2-苯基吡啶与扁桃酸偶联反应步骤：将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氧化剂TBHP（70%的水溶液）置于10 mL的史莱克瓶中，并加入强力磁力搅拌子。在120℃油浴中反应，反应结束后用10 mL乙酸乙酯萃取3次。加入适量的硫酸镁干燥，用旋转蒸发仪浓缩，用硅胶柱分离提纯（乙酸乙酯∶石油醚=3∶2），并通过GC-MS测其转换率。真空干燥，得黄色固体，产率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。反应路线如图1所示。

图1 2-苯基吡啶与扁桃酸的反应路线Fig.1 Reaction route of 2-phenylpyridine and mandelic acid

2 结果与讨论

2.1 氧化剂、催化剂和温度对反应产率的影响（表1）

表1 氧化剂、催化剂和温度对反应产率的影响Tab.1 The effect of oxidant，catalyst and temperature on the yield of reaction

由表1可知，当2-苯基吡啶与3 equiv的扁桃酸反应，在没有任何催化剂的情况下，3 equiv的叔丁基氢过氧化物（TBHP）作为氧化剂时，通过GC-MS没有检测到目标产物（编号1）。当加入5%（摩尔分数，下同）PdCl2时，观察到微量的产物（编号2）。随后，在TBHP和空气存在的气氛下，又尝试了两种钯催化剂Pd2（dba）3、Pd（acac）2，测试到偶联产物（编号3～4）。采用RhCl（PPh3）3和［Rh（COD）Cl］2两种铑催化剂时，只有17%和＜5%的产率（编号5～6）。而采用RuCl2（PPh3）3和RuCl3·3H2O作催化剂，却得不到所需的产物（编号7～8）。当其它条件不变，催化剂更换为Pd（OAc）2时，反应产率76%，所得产物是一个单一的区域异构体（编号9）。同时，选择其它氧化剂K2S2O8、PhC（CH3）2OOH、（PhCOO）2和O2进行实验，发现产率也是有限的（编号10～13）。当TBHP由原来的3 equiv变为5 equiv时，产率提高到82%（编号14），反应后，通过GC-MS观察，只有少量剩余的苄醇和大量的苯甲醛形成。在该反应条件下，考察了温度对产率的影响。结果发现，当其它反应条件不变，升高温度时，产率没有明显变化（编号15），降低温度时，产率显著降低（编号16～17）。

2.2 2-苯基吡啶与扁桃酸衍生物的催化反应结果

在优化的反应条件下，2-苯基吡啶直接和扁桃酸衍生物进行反应，反应路线见图2，结果见表2。

图2 2-苯基吡啶与扁桃酸衍生物的反应路线Fig.2 Reaction route of 2-phenylpyridine and mandelic acid derivatives

表2 2-苯基吡啶与扁桃酸衍生物的催化反应结果Tab.2 Catalytic reaction results of 2-phenylpyridine and m andelic acid derivatives

由表2可知，不论带有给电子基团或吸电子基团的扁桃酸衍生物与2-苯基吡啶反应，产率都达到63%以上。但是，带有给电子基团的扁桃酸衍生物与2-苯基吡啶反应产率比带有吸电子基团的扁桃酸衍生物与2-苯基吡啶反应产率偏低（编号2～5），说明电子效应对反应的影响比较大。而空间位阻几乎对反应的产率没有太大的影响，不论是带有邻位取代基的扁桃酸还是带有对位取代基的扁桃酸衍生物，与2-苯基吡啶反应产率都能达到80%以上（编号6～8），甚至邻溴扁桃酸与2-苯基吡啶反应产率达到了88%，比对氟扁桃酸与2-苯基吡啶反应产率高。所以，反应的产率主要取决于电子效应。但是，值得注意的是，带有硝基的扁桃酸衍生物与2-苯基吡啶反应却是个特例。虽然硝基是强吸电子基团，它比卤素的吸电子能力强，但是产率比较低（编号9～10）。

3 结论

运用Pd（OAc）2/TBHP催化体系，高效地催化2-苯基吡啶和扁桃酸衍生物发生偶联反应，生成芳基酮类化合物。该催化体系中，氧化剂TBHP起着决定性的作用，通过对多种氧化剂的对比实验发现，TBHP是最佳的反应氧化剂。另外，扁桃酸作为底物不受空间位阻的影响，可进一步扩大适用范围。同时，该反应具有独特的化学和区域选择性，反应中的取代基团在该反应条件下不受影响。扁桃酸及其衍生物是一种便宜廉价的化合物，用它作为反应物降低了反应成本，为合成结构复杂的芳基酮类化合物提供了一条经济方便的途径。

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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

伊泽（1984－），男，山西朔州人，硕士，研究方向：有机合成，E-mail：yize1025@163.com。