钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物催化Suzuki偶联反应的研究*

李 瑞,白雪峰1,**

（1.黑龙江省科学院 石油化学研究院，黑龙江 哈尔滨150040；2.哈尔滨工程大学大学 材料科学与化学工程学院，黑龙江 哈尔滨150080）

前 言

C-C偶联反应自Miyaura和Suzuki等人[1,2]首次提出以来，由于具有操作简单、对水不敏感、有较好的立体选择性和区域选择性等优点，已经成为有机合成方面的重要组成部分[3]。

在Suzuki偶联反应过程中，配体钯催化剂为主要催化体系，配体的选择不仅对钯的活化与稳定起着至关重要的作用，而且决定了反应的选择性。由于杂原子N，P，S，O具有较强的供电性以及其与金属可能通过半配位效应形成双齿或多齿配体，经常被引入到Suzuki的配体设计中，相对于传统膦配体，双齿席夫碱配体具有合成成本低、在空气中稳定、毒性低、合成过程简单等特点[4～6]。

本文设计合成了一种钯（Ⅱ）/双齿Schiff碱配合物催化剂，以4-溴苯乙酮与苯硼酸的Suzuki偶合反应为探针反应，优化了反应条件，并通过变换含不同取代基底物来考察了新型结构催化剂的适应性。

1 实验部分

本实验中是以对羟基苯和乙酮邻苯二胺为原料，先合成双齿席夫碱，然后再进行络合反应制得钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物的。合成路线见图1。

图1 钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物的合成路线Fig.1 The synthetic route of Pd（Ⅱ）/bidentate Schiff base ligands

1.1 对羟基苯乙酮邻苯二胺的合成

在氮气保护下，将10g邻苯二胺与12.6g对羟基苯乙酮加入到装有80mL无水甲苯的三口瓶中，将三口瓶置于60℃恒温水浴锅中加热搅拌，然后向此体系中滴加3滴冰醋酸，回流搅拌6h，得到黄色固体。黄色固体通过无水乙醇重结晶，最终得到12g双齿席夫碱配体（BSB），其红外分析结果如图2。

图2 双齿席夫碱红外谱图Fig.2 The IR spectrum of the bidentate Schiff base

由图2可看到，在a（1603cm-1）处出现出现C=N特征峰，说明对羟基苯乙酮和邻苯二胺脱水缩合反应成功，3430cm-1处为酚羟基伸缩振动峰。

1.2 钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物的制备

取84.0mg（1.98mmol）氯化锂晶体溶于25mL无水甲醇中，然后再加入176.5mg（0.99mmol）氯化钯，搅拌至氯化钯全部溶解，定容到50mL，得到19.82mmol/L Li2PdCl4甲醇溶液50mL。移取以上Li2PdCl4甲醇溶液5mL至烧杯中，然后向烧杯中加入3.429mg（0.99mmol）所制备的双齿席夫碱（BSB），加无水甲醇使其溶解，定容到50mL，即得到BSB∶Pd（物质的量比）分别为1∶1的钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物溶液，其中Pd浓度均为1.98mmol/L。

1.3 钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物催化Suzuki偶联反应

以4-溴苯乙酮与苯硼酸的Suzuki偶联反应作为探针反应来评价所制备钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物催化剂的催化活性。将12mL乙醇，1mmol 4-溴苯乙酮、1.5mmol苯硼酸、一定量的碳酸钾和催化剂加入到三口瓶中，控制一定反应温度，定时取样，用高效液相色谱分析，反应产物用外标法定量。

2 结果与讨论

选定乙醇为反应溶剂，K2CO3为碱，考察乙醇/水的体积比、碱和催化剂加入量以及反应温度对钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物催化4-溴苯乙酮与苯硼酸的Suzuki偶联反应的影响。在此基础上，又考察了制备催化剂催化含有不同取代基的溴苯与苯硼酸发生Suzuki偶联反应的催化效果。

2.1 乙醇/水的体积比对Suzuki偶联反应的影响

水在Suzuki偶联反应中起着重要作用，一方面水可以增强反应体系的极性，另一方面水可以促进无机碱的溶解，从而提高反应的活性。本实验反应条件为：1mmol对溴苯乙酮，1.5mmol苯硼酸，2mmol碳酸钾，乙醇和水共24mL，反应温度60℃，加入0.1mmol%（相对对溴苯乙酮）的钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物催化剂，在不同乙醇/水的体积比下反应3h后产品的收率见图3。

图3 乙醇/水体积比对Suzuki偶联反应的影响Fig.3 The effect of ethanol/H2O volume ratio on the Suzuki coupling reaction

由图3可知，当溶剂全部为无水乙醇时，产品收率只有52%，这是由于乙醇含量较高时，体系中的无机碱碳酸钾无法全部溶解，不能发挥碱的最大作用，降低了催化剂的催化活性；当水含量较高时，体系中的有机底物对溴苯乙酮和苯硼酸溶解度降低，同样不利于反应的进行。乙醇/水的体积比在1/5～2/1区间时，反应收率均在90%以上。

2.2 K2CO3用量对Suzuki偶联反应的影响

碱在Suzuki偶联反应中有重要作用，在反应中不仅调节反应体系pH值，而且促进反应机理中转移金属化的完成。本实验在其他反应条件不变的情况下，控制乙醇/水的体积比在1/5，考察K2CO3加入量对催化Suzuki偶联反应的影响。反应3h后产品的收率见图4。

图4 K2CO3加入量对Suzuki偶联反应的影响Fig.4 The effect of K2CO3adding amount on the Suzuki coupling reaction

由图4可知，当不使用K2CO3时，Suzuki偶联反应不能进行，随着碳酸钾用量的增加，产品产率不断上升，当碳酸钾用量为2mmol以后，再增加碳酸钾用量，产品收率不再上升。当无K2CO3时，Suzuki偶联反应不能完成转移金属化，反应无法进行；当K2CO3用量为2mmol以后，已满足催化体系所需碱用量，故产品收率不再升高。

2.3 反应温度对Suzuki偶联反应的影响

按照2.1和2.2反应条件，控制不同的反应温度，考察反应温度对Suzuki偶联反应的影响，实验结果见图5。

图5 反应温度对Suzuki偶联反应的影响Fig．5 The effect of reaction temperature on the Suzuki coupling reaction

由图5可知，当反应温度为10～20℃时，反应几乎不进行；随着反应温度的逐渐提高，收率逐渐上升，超过60℃，收率变化不大。

2.4 催化剂用量对Suzuki偶联反应的影响

催化剂用量Suzuki偶联反应至关重要。用量过多会提高生产成本，过低不仅会延长反应时间，而且会降低反应收率。实验按照上面几节的反应条件，考察不同催化剂用量对Suzuki偶联反应的影响，实验结果见图6。

图6 钯（Ⅱ）/双齿Schiff碱配体催化剂用量对Suzuki偶联反应的影响Fig．6 The effect of Pd（Ⅱ）/bidentate Schiff base ligands adding amount on the Suzuki coupling reaction

由图6可知，当催化剂用量为1%时，底物在1h以内就完全转化为产物；当催化剂用量为0.1%时，产品收率在1h时可达到76%，4h时可达到95%；当催化剂用量降低为0.01%时，产品收率6h时也只有10%。2.5 含不同取代基溴苯底物的Suzuki偶联反应

为了考察催化剂催化不同底物的适应性能，实验选取了含不同取代基溴苯底物，在制备的钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物催化剂（0.1%加入量）作用下，与苯硼酸进行了Suzuki偶联反应。控制乙醇/水为1/5，K2CO3为碱，反应温度为60℃，反应4h的实验结果见表1。

表1 含不同取代基溴苯底物与苯硼酸的Suzuki偶联反应Table 1 The Suzuki coupling reaction of phenylboronic acidand bromobenzenes with different substituent groups

从表1中可以看出，制备的钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物催化剂对大部分芳基溴代物都有较好催化活性，其中对含有吸电子基团如-CHO、-CN、-NO2具有很高的催化活性，收率在95%以上。

3 结论

以对羟基苯乙酮和邻苯二胺以及Li2PdCl4为原料，制备出了钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物催化剂，优化出上述催化剂催化4-溴苯乙酮与苯硼酸的Suzuki偶联反应条件。当乙醇/水的体积比在1/5～2/1区间，碱用量为2mmol，反应温度为60℃，催化剂加入量为底物用量的1%时，反应4h后产品收率均在90%以上。制备的钯（Ⅱ）/双齿席夫碱配合物催化剂对大部分芳基溴代物都有较好催化活性。

［1］ MIYAURA N,YAMADA K,SUZUKI A．A new stereospecific cross-coupling by the palladium-catalyzed reaction of 1-alkenylboranes with 1-alkenyl or 1-alkynyl halides ［J］．Tetrahedron Letter,1979,20（36）:3437～3440．

［2］ MIYAURA N,SUZUKI A．Stereoselective synthesis of arylated（E）-alkenes by the reaction of alk-1-enylboranes with aryl halides in the presence of palladium catalyst ［J］．Synthetic Communication,1979,11（6）:866～867．

［3］ JIANG B,LI M M,XING P,et al．A concise formal synthesis of（－）-hamigeran B［J］．Organic Letters,2013,15:871～873．

［4］ KE H,CHEN X AND ZOU G．N-Heterocyclic carbene/phosphite synergistically assisted Pd/C-catalyzed Suzuki coupling of aryl chlorides［J］．Applied Organometallic Chemistry,2014,28:54～60．

［5］ TU T,SUN Z,FANG W,et al．Robust acenaphthoimidazolylidene palladium complexes:Highly efficient catalysts for Suzuki-Miyaura couplings with sterically hindered substrates［J］．Organic Letters,2012,14：4250～4253．

［6］ TAO B,BOYKIN D．Simple amine/Pd（OAc）2-catalyzed Suzuki coupling reactions of aryl bromides under mild aerobic conditions［J］．Journal of Organic Chemistry,2004,69:4330～4335．