鈀催化2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物偶聯反應的研究

伊澤，王飛飛，劉霞，劉范嘉，陳煥軍（天津凱英科技發展有限公司，天津 300392）

鈀催化2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物偶聯反應的研究

伊澤，王飛飛，劉霞，劉范嘉，陳煥軍（天津凱英科技發展有限公司，天津 300392）

以叔丁基氫過氧化物（TBHP）為氧化劑、醋酸鈀為催化劑，研究了2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物的偶聯反應，考察了氧化劑、催化劑和溫度對反應產率的影響。結果表明，氧化劑TBHP對反應起著非常重要的作用。2-苯基吡啶和扁桃酸衍生物在該體系發生催化偶聯反應，該反應不僅具有特定的區域和化學選擇性，而且產率較高。該反應為芳基酮化合物的合成提供了一條新型便捷的途徑。

扁桃酸衍生物；2-苯基吡啶；鈀催化劑；氧化偶聯；芳基酮化合物

近年來，直接通過金屬催化激活C－H鍵裂解引起了研究者的廣泛關注［1-2］。它相對于傳統的有機金屬試劑交叉偶聯方法［3-6］，有顯著的生態和經濟優勢。隨著人們不斷的探索和研究，過渡金屬鈀展現出獨特的催化效果。過渡金屬鈀催化的偶聯反應是近年來有機合成的研究熱點之一，這種反應的工藝操作對環境的污染小，穩定、簡單，為酮類化合物的合成提供了一種簡單便捷的方法［7-8］。作者以扁桃酸衍生物為底物，以Pd（OAc）2/TBHP為催化系統，通過氧化偶聯合成了相應的芳基酮化合物。

1 實驗

1.1 主要試劑與儀器

扁桃酸、Pd（OAc）2、叔丁基氫過氧化物（TBHP）、二苯基吡啶，Alfa Aesar A Johnson Matthey Company；二氯甲烷、無水碳酸鉀、無水乙醇、四氫呋喃，分析純，天津江天化工技術有限公司。

Bruker-600型核磁共振儀（TMS為內標），瑞士布魯克公司；X-4型顯微熔點測定儀，北京泰克公司； FA1004型電子分析天平，上海精科天美貿易有限公司；Thermo Trace DSQ型氣相色譜-質譜聯用儀，美國熱電公司。

1.2 方法

扁桃酸衍生物按文獻［9］方法制備。

2-苯基吡啶與扁桃酸偶聯反應步驟：將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氧化劑TBHP（70%的水溶液）置于10 mL的史萊克瓶中，并加入強力磁力攪拌子。在120℃油浴中反應，反應結束后用10 mL乙酸乙酯萃取3次。加入適量的硫酸鎂干燥，用旋轉蒸發儀濃縮，用硅膠柱分離提純（乙酸乙酯∶石油醚=3∶2），并通過GC-MS測其轉換率。真空干燥，得黃色固體，產率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。反應路線如圖1所示。

圖1 2-苯基吡啶與扁桃酸的反應路線Fig.1 Reaction route of 2-phenylpyridine and mandelic acid

2 結果與討論

2.1 氧化劑、催化劑和溫度對反應產率的影響（表1）

表1 氧化劑、催化劑和溫度對反應產率的影響Tab.1 The effect of oxidant，catalyst and temperature on the yield of reaction

由表1可知，當2-苯基吡啶與3 equiv的扁桃酸反應，在沒有任何催化劑的情況下，3 equiv的叔丁基氫過氧化物（TBHP）作為氧化劑時，通過GC-MS沒有檢測到目標產物（編號1）。當加入5%（摩爾分數，下同）PdCl2時，觀察到微量的產物（編號2）。隨后，在TBHP和空氣存在的氣氛下，又嘗試了兩種鈀催化劑Pd2（dba）3、Pd（acac）2，測試到偶聯產物（編號3～4）。采用RhCl（PPh3）3和［Rh（COD）Cl］2兩種銠催化劑時，只有17%和＜5%的產率（編號5～6）。而采用RuCl2（PPh3）3和RuCl3·3H2O作催化劑，卻得不到所需的產物（編號7～8）。當其它條件不變，催化劑更換為Pd（OAc）2時，反應產率76%，所得產物是一個單一的區域異構體（編號9）。同時，選擇其它氧化劑K2S2O8、PhC（CH3）2OOH、（PhCOO）2和O2進行實驗，發現產率也是有限的（編號10～13）。當TBHP由原來的3 equiv變為5 equiv時，產率提高到82%（編號14），反應后，通過GC-MS觀察，只有少量剩余的芐醇和大量的苯甲醛形成。在該反應條件下，考察了溫度對產率的影響。結果發現，當其它反應條件不變，升高溫度時，產率沒有明顯變化（編號15），降低溫度時，產率顯著降低（編號16～17）。

2.2 2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物的催化反應結果

在優化的反應條件下，2-苯基吡啶直接和扁桃酸衍生物進行反應，反應路線見圖2，結果見表2。

圖2 2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物的反應路線Fig.2 Reaction route of 2-phenylpyridine and mandelic acid derivatives

表2 2-苯基吡啶與扁桃酸衍生物的催化反應結果Tab.2 Catalytic reaction results of 2-phenylpyridine and m andelic acid derivatives

由表2可知，不論帶有給電子基團或吸電子基團的扁桃酸衍生物與2-苯基吡啶反應，產率都達到63%以上。但是，帶有給電子基團的扁桃酸衍生物與2-苯基吡啶反應產率比帶有吸電子基團的扁桃酸衍生物與2-苯基吡啶反應產率偏低（編號2～5），說明電子效應對反應的影響比較大。而空間位阻幾乎對反應的產率沒有太大的影響，不論是帶有鄰位取代基的扁桃酸還是帶有對位取代基的扁桃酸衍生物，與2-苯基吡啶反應產率都能達到80%以上（編號6～8），甚至鄰溴扁桃酸與2-苯基吡啶反應產率達到了88%，比對氟扁桃酸與2-苯基吡啶反應產率高。所以，反應的產率主要取決于電子效應。但是，值得注意的是，帶有硝基的扁桃酸衍生物與2-苯基吡啶反應卻是個特例。雖然硝基是強吸電子基團，它比鹵素的吸電子能力強，但是產率比較低（編號9～10）。

3 結論

運用Pd（OAc）2/TBHP催化體系，高效地催化2-苯基吡啶和扁桃酸衍生物發生偶聯反應，生成芳基酮類化合物。該催化體系中，氧化劑TBHP起著決定性的作用，通過對多種氧化劑的對比實驗發現，TBHP是最佳的反應氧化劑。另外，扁桃酸作為底物不受空間位阻的影響，可進一步擴大適用范圍。同時，該反應具有獨特的化學和區域選擇性，反應中的取代基團在該反應條件下不受影響。扁桃酸及其衍生物是一種便宜廉價的化合物，用它作為反應物降低了反應成本，為合成結構復雜的芳基酮類化合物提供了一條經濟方便的途徑。

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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

伊澤（1984－），男，山西朔州人，碩士，研究方向：有機合成，E-mail：yize1025@163.com。