Suzuki-Miyaura交叉偶联反应
机理及其在有机合成中的应用
学院：化学学院
专业：有机化学
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一、Suzuki-Miyaura 交叉偶联反应概念
Suzuki反应（铃木反应），也称作Suzuki偶联反应、Suzuki-Miyaura反应（铃木－宫浦反应），是一个较新的有机偶联反应，是在钯配合物催化下，芳基或烯基的硼酸或硼酸酯与氯、溴、碘代芳烃或烯烃发生交叉偶联。

Z=Cl,Br,I 自从1981年Suzuki等报道了通过钯催化的有机硼化学物和卤代烃可以在很温和的条件下发生偶联反应制备不对称联芳烃以后，为芳-芳键的形成展开了一个新的领域[1]。

Suzuki-Miyaura交叉偶联反应被证明是目前制备联芳基及其衍生物最为广泛利用的方法，因为其具有很强的底物适应性及官能团耐受性，常用于合成多烯烃、苯乙烯和联苯的衍生物，从而应用于众多天然产物、有机材料的合成中。

铃木章也凭借此贡献与理查德·赫克、根岸英一共同获得2010年诺贝尔化学奖。

二、Suzuki-Miyaura交叉偶联反应机理
Suzuki-Miyaura交叉偶联的反应机理通常是一个普通的催化循环过程。

这个过程主要包括三个步骤：
（1）氧化加成(oxidative addition)
（2）转移金属化(transmetalation)
（3）还原消除(reductive elimination)
首先，卤代芳烃与Pd(0)氧化加成后，与1mol的碱生成有机钯氢氧化物中间
物种，取代了键极性较弱的钯卤键，这种含有强极性的Pd-OH的中间体具有非常强的亲电性；同时另1mol的碱与芳基硼酸生成四价硼酸盐中间物种，具有非常强的富电性，有利于向Pd金属中心迁移。

利用这两方面的协同作用从而形成有机钯配合物Ar-Pd-Ar’，再经历还原消除生成芳基偶联的产物。

实际上，此反应机理与Heck反应的机理相似，只是键的作用有所不同而已。

这在这个循环过程中氧化加成通常被认为是反应的控制步骤，这个反应的活性很大程度上受到芳环上取代基性质的影响，即推电子基团与供电子基团以及空间位阻的影响。

卤代芳烃反应速度的排列顺序是碘代芳烃>溴代芳烃>氯代芳烃，因此在多卤代物中就存在明显的化学选择性。

如果芳环上有多个位置同时被同种卤素原子取代，Suzuki反应也有一定的区域选择性：
通常来说，相同结构的卤代烃，芳环上的负电荷越强，空间位阻越大，则反应越慢。

Suzuki反应对于官能团的耐受性非常好，可以带着多种官能团进行反应，比如：-CHO,-COCH3,-COOC2H5,-OCH3,-CN,-NO2,-F等。

当然还有其他方面的影响，如反应中所用的碱的碱性、催化剂的价态、配体以及所用的溶剂都对Suzuki-Miyaura交叉偶联反应有很大的影响。

1. 溶剂：在极性溶剂里此偶联反应的产率可以得到很大的提高：DMSO≥ DMF > dioxane > toluene。

2. 碱：经过验证，KOAc是应用于这个反应最合适的碱，其他的如K3PO4或K2CO3这些碱性略强的碱会进一步使原料芳基卤发生自偶联反应的结果。

3. 催化剂：对于制备溴代物和碘代物相应的芳基硼酸酯，Pd(dppf)Cl2一般可以得到很好的结果，又由于其具有易于反应的后处理的优点，因此是实验室目前最常用的一类催化剂。

在Suzuki反应中广泛使用的催化剂还有Pd(PPh3)4。

其它的配体还有：AsPh3,n-Bu3P,(MeO)3P，以及一些双齿配体Ph2P(CH2)2PPh2(dppe)，Ph2P(CH2)3PPh2(dppp)等。

4. 反应：在Suzuki芳基偶联反应中，通常要求芳基硼酸的量相对于卤代芳烃过量10％，以保证应有的产率，因为脱硼作用会造成芳基硼酸的损失，尤其是带吸电子的芳基硼酸这种脱硼作用更为显著，有时候，将芳基硼酸转化为酯后再用于偶联反应，可减少反应过程中硼酸的损失。

Suzuki-Miyaura偶联反应主要有以下几个优点：
(1)反应条件相对较温和，而且所用的各种硼酸及其衍生物相对于其他偶联反应中所用的有机金属试剂对环境是很稳定的，容易保存，也容易处理。

(2)反应的后处理很容易，且含硼副产物相对于别的有机溶剂容易除去，这对于工业生产来说是很有优势的。

(3)反应中所用到的硼试剂相对于很多的官能团(例如羰基，羟基，氨基等)都是很稳定的，这是由于硼原子的电负性(2.0)接近碳原子的电负性(2.5)，而大大高于锂，镁以及大多数其他的过渡金属原子(电负性值介于0.85-1.75之间)。

(4)由于其使用的是低毒性的硼试剂并产生无毒的硼副产物，为用绿色化学合成碳-碳键提供了一条有效途径。

三、Suzuki-Miyaura偶联反应在有机合成中的应用
自从1981年被Suzuki报道以后，Suzuki-Miyaura交叉偶联反应方法主要应用于不对称联芳烃的合成，在以钯为催化剂通过卤代芳烃和芳基硼酸的偶联反应得到了很多有趣的研究结果。

而水相反应、微波合成和固相合成等手段的引入大大丰富了这一方法。

这些方法学的发展极大的促进了钯催化的Suzuki-Miyaura反应在材料合成和天然产物的合成中的应用。

目前具体主要应用到以下几个领域：1、合成联苯基、联萘基及其衍生物的(非)对称联芳烃。

2、合成含杂原子（如氮、氧、硫等）的联芳烃。

3、合成液晶材料、非线性光学材料。

4、合成白光材料。

5、合成药物。

1、不对称联芳烃的合成。

Suzuki提出了这种类型的反应条件即用硼酸与卤代芳烃在化学计量的碱存在下Pd（0）为催化剂（通常以三苯基膦为配体）发生偶联反应，后来这种反应广泛应用于联苯、联萘的合成。

举例[2]如下：
2、合成含杂原子（如氮、氧、硫等）的联芳烃。

最近Suzuki-Miyaura交叉偶联反应也被大量的应用于合成含杂环原子联芳基化合物。

3、合成液晶材料、非线性光学材料。

联苯是一种重要的有机原料，由于其衍生物独特的结构而显示出特殊的作用，联苯类液晶具有优良的光稳定性、化学稳定性等，是目前应用最广泛的一类液晶材料。

以下是联苯类液晶单元[3]的合成路线：。