基本信息
- 項目名稱：
- 一種新型的鈀催化乙二酸酯酸鉀脫羧偶聯(lián)反應
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 一種基于鈀催化的脫羧酯基導入方法被開發(fā)。使用廉價原料草酸單酯酸鉀取代金屬有機試劑，利用脫羧而在芳環(huán)上高產(chǎn)率的導入酯基，使得草酸單酯酸鉀發(fā)展成為一種廉價，官能團兼容性好的酯基導入試劑。同時，DFT理論計算詳細研究了反應機理以及過渡態(tài)能量變化。
- 詳細介紹：
- 本文在合成方法學上第一次以脫羧偶聯(lián)的辦法實現(xiàn)了芳基鹵化物一步到芳香酸酯的高收率，高官能團兼容性轉化。具有傳統(tǒng)合成方法所不具有的良好官能團兼容性，以及操作的安全性，試劑廉價低毒，催化量低，原子利用率高，更加符合綠色化學的原則。不但對溴和碘代芳烴，對于惰性的芳基-氯鍵也成功活化，該方法具有重要的工業(yè)和合成價值。同時運用DFT理論對于反應的機理以及過渡態(tài)能量變化進行了詳細研究。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 發(fā)展一種新的從芳基鹵化物（特別是惰性溴化物，氯化物）直接轉化為芳香羧酸酯的方法，該方法較已有方法更符合綠色化學的要求且具有更廣的官能團兼容性，為有機合成化學提供新的手段。
科學性、先進性及獨特之處
- 本文在合成方法學上第一次以脫羧偶聯(lián)的辦法實現(xiàn)了芳基鹵化物一步到芳香酸酯的高收率，高官能團兼容性轉化。具有傳統(tǒng)合成方法所不具有的良好官能團兼容性，操作安全性，試劑廉價低毒，催化量低，原子利用率高，更加符合綠色化學的原則。該方法具有重要的工業(yè)和合成價值。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 芳香酸酯類化合物及其衍生物具有重要的工業(yè)以及實驗室合成價值。傳統(tǒng)的芳香酸酯合成方法存在試劑毒性高，官能團兼容性較差，試劑價格昂貴，對空氣和濕敏感，難于大規(guī)模制備等諸多缺陷。 近期，基于脫羧而形成化學鍵的反應方法在方法學領域被廣泛關注，我們發(fā)展了一種新的基于脫羧偶聯(lián)的酯基導入法。具有前人方法所不具有的諸多優(yōu)勢。該方法不論作為實驗室合成還是工業(yè)制備方法都具有極其重要的應用價值。
學術論文摘要
- 芳香羧酸酯不論在實驗室全合成還是制藥工業(yè)上都是非常有用的構建基元，我們發(fā)展了一種基于鈀催化的脫羧酯基導入方法，使用廉價原料草酸單酯酸鉀取代金屬有機試劑，利用脫羧而在鹵代芳環(huán)上高產(chǎn)率導的入酯基，使得草酸單酯酸鉀發(fā)展成為一種廉價，官能團兼容性好的的酯基導入試劑。該方法成為可取代傳統(tǒng)芳香酸酯合成法（R. Heck Carbonylation）的更加綠色經(jīng)濟的新方法，對有機合成工業(yè)和藥物化學等領域具有重要的應用價值。同時，作者系統(tǒng)的研究了反應的詳細機理以及過渡態(tài)的能量變化，對于理論化學機理研究也具有重要的參考價值。 本作品以實驗事實和理論計算為依據(jù)，列舉了20余種催化條件對反應的影響，并以最優(yōu)條件為基礎以三十余種帶官能團的底物以實驗事實為依據(jù)逐一列舉了反應分離收率。證實了該方法的普適性和官能團兼容性。對于困難的芳基-氯化學鍵成功活化，并以實驗觀察及DFT理論計算為依據(jù)詳細的闡述了反應的機理，以及全催化循環(huán)中每一步的能壘和過渡態(tài)構型。同時解釋了配體效應的影響。以十余種底物展示了該方法對于取代氯代芳烴的適用性。
獲獎情況
- 本論文已發(fā)表在國際化學領域權威雜志《美國化學會志》J .Am. Chem. Soc.上 (J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5738-5739.), 該刊物已被國際科學文獻索引（SCI）權威檢索收錄，影響因子為8.091。 本作品榮獲第三屆“挑戰(zhàn)杯”合鍛集團安徽省大學生課外學術科技作品競賽一等獎
鑒定結果
- 科技查新報告顯示：目前在國內(nèi)外文獻中，尚未見他人報道的與本次查新項目研究內(nèi)容和方法一致的報道。 JACS審稿意見 意義: 高 新穎性: 高 廣泛興趣: 高 學術表現(xiàn): 高
參考文獻
- (1)A recent review: Barnard, C. F. J. Organometallics 2008, 27, 5402. (2)Recent breakthroughs: (a) Munday, R.; Martinelli, J.; Buchwald, S. L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2754. (b) Watson, D.; Fan, X.; Buchwald, S. L. J. Org. Chem. 2008, 73, 7096. (c) Martinelli, J.; Frechmann, D.; Barder, T. E.; Buchwald, S. L. J. Org. Chem. 2008, 73, 7102. (3)(a) Myers, A. G.; Tanaka, D.; Mannion, M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11250.(b) Tanaka, D.; Romeril, S.; Myers, A. G. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10323. (4)Forgione, P.; Brochu, M. C.; St-Onge, M.; Thesen, K. H.; Bailey, M. D.; Bilodeau, F. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11350. (5)(a) Goossen, L. J.; Deng, G.; Levy, L. M. Science 2006, 313, 662. (b) Goossen, L. J.; Rodriguez, N.; Melzer, B.; Linder, C.; Deng, G.; Levy, L. M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4824. (c) Goossen, L. J.; Melzer, B. J. Org. Chem. 2007, 72, 7473. (d) Goossen, L. J.; Rudolphi, F.; Oppel, C.; Rodriguez, N. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3043.
同類課題研究水平概述
- 過渡金屬催化的有機反應是目前有機化學的熱點之一，脫羧偶聯(lián)的概念被提出后，德國科學家Goossen (Science 2006, 313, 662 )和美國科學家Myers (J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10323) 分別做出了開創(chuàng)性的工作，脫羧偶聯(lián)能夠以一種新的方式形成有機化學合成中所需要的負合成子，讓穩(wěn)定且廉價的羧酸代替昂貴且不穩(wěn)定的金屬有機試劑。 近期該領域被方法學研究的許多課題組所關注，先后在國內(nèi)外高檔學術雜志上發(fā)表了多篇論文。 （1）本文的工作第一次實現(xiàn)了在活化惰性化學鍵基礎上的脫羧酯基導入，通過脫羧偶聯(lián)的反應方法首次實現(xiàn)了需要使用高純劇毒一氧化碳的Richard Heck Carbonylation反應。對于Heck Carbonylation反應是目前唯一的從芳基鹵化物合成芳香酸酯的有效工業(yè)及實驗室方法。自1974年被發(fā)現(xiàn)，多年來由于要使用高壓的一氧化碳，而大大被限制了使用范圍。多年來許多科學家致力于降低反應所需CO的壓力。 近期的突破參考： 1.Barnard, C. F. J. Organometallics 2008, 27, 5402. 2. Munday, R.; Martinelli, J.; Buchwald, S. L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2754. 本研究工作第一次以脫羧的方法實現(xiàn)了Heck Carbonylation反應，不再需要一氧化碳，并且具有更好的官能團兼容性。 （2）第一次且實現(xiàn)了低催化量和相對溫和條件下的單金屬催化脫羧和偶聯(lián)。目前的脫羧偶聯(lián)反應主要是Goossen的銅-鈀雙金屬催化脫羧偶聯(lián)。我們的工作不僅催化量很低，而且實現(xiàn)了惰性的碳-氯鍵活化基礎上的脫羧偶聯(lián)，即鈀起到同時活化鹵代苯和催化脫羧的雙重作用。 關于雙金屬催化的氯苯和芳酸的脫羧偶聯(lián)參考： Goossen, L. J.; Zimmermann, B.; Knauber, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7103. 銅鈀共催化的脫羧體系參見文章： (a) Goossen, L. J.; Deng, G.; Levy, L. M. Science 2006, 313, 662.
