新型N-杂环卡宾钯催化剂的合成及应用研究

N-杂环卡宾(NHCs)具有良好的给电子性质，结构易修饰，无论是在小分子催化，还是作为配体在过渡金属催化领域中，都得到广泛的应用。在金属配位化学中N-杂环卡宾可以代替胺，醚和膦等经典的双电子配体，因此能与很多过渡金属络合。它们的金属络合物具有良好的稳定性和催化活性，受到科学家的广泛关注，其中与金属Pd结合催化Suzuki-Miyaura偶联反应是研究热点之一。

NHC-Pd催化剂的性能与NHCs的结构密切相关，N-杂环卡宾的空间位阻越大，可使催化循环中的低价活性中间体更稳定，有利于还原消除；而N-杂环卡宾强的σ给电子特性有利于芳基卤化物的氧化加成。2012年Nolan报道了大体积不饱和的N-杂环卡宾IPr^*与金属钯形成的配合物(IPr^*) Pd(cin)Cl催化Suzuki-Miyaura反应，由于增加了咪唑环周围的取代基的位阻，提高了催化剂的活性，取得了不错的效果。

     在文献报道的N-杂环卡宾中，不饱和的咪唑卡宾和饱和的咪唑啉卡宾结构上的差别在于五元环上C3和C4是否存在双键（Chart 1）。Nolan通过对两者作为配体与金属钌络合后的催化活性进行研究发现，两者结构上存在的细微差别影响了它们的电子效应，饱和的咪唑啉具有更强的供电子能力，从而导致催化性能上的差别。

      中国科学院成都有机化学有限公司王启卫研究员等设计并合成了大体积饱和的N-杂环卡宾SIPr^*，使之与Pd 络合形成催化剂(SIPr^*) Pd(cin)Cl（Chart 2），通过咪唑啉环增加卡宾的富电子性，研究其在Suzuki-Miyaura偶联反应中的活性，希望其在催化过程中能提高氧化加成和还原消除的速率，进而缩短反应时间，并减少催化剂的用量。

      先以对甲基苯胺1为原料，与二苯甲醇2发生傅-克反应，以62%的收率得到2,6-二苯甲基-4-甲基苯胺3, 3与乙二醛水溶液在甲酸的催化下得到相应的亚胺产物4，产率74%。在四氢呋喃体系中，用硼氢化钠做还原剂，以99%的产率得到还原产物5。最后用原甲酸三乙酯-HCl溶液进行关环反应，得到N-杂环卡宾盐酸盐产物6。将得到的咪唑啉盐酸盐6在碱存在下，在室温下反应24 h得到饱和的N-杂环卡宾钯催化剂(SIPr*) Pd(cin)Cl，产率为84%。

      通过以对溴甲苯和苯硼酸为底物的模板反应进行条件筛选，得出(SIPr^*)Pd(cin)Cl催化剂的最佳反应条件：对溴甲苯（0.5 mmol）和苯硼酸（1.0 mmol）作为底物，(SIPr^*)Pd(cin)Cl载量为0.5 mol%，氢氧化钾（1.5 mmol）为碱，溶剂为1,4-二氧六环（1 mL），反应温度为110 ^oC，反应时间为30 min。在拓展的20个底物中，产率最高可达到99%。TOF值达到792 h^-1。该催化剂具有催化效率高，催化剂用量少的特点，反应可以高效快速地进行。

文章信息：

DOI: 10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.19182

基金项目：常州市应用基础研究计划项目（CJ20180011）；中科院“西部之光”人才培养计划资助

作者简介：乔玉辉(1992- )，男，汉族，河北邯郸人，硕士研究生，主要从事有机合成的研究，E-mail: [e-mail]

通讯联系人：黄晴菲，副研究员，硕士生导师，E-mail: [e-mail]；王启卫，研究员，博士生导师，E-mail: [e-mail]

黄晴菲副研究员

黄晴菲，副研究员，2005年7月起在中国科学院成都有机化学研究所不对称合成与手性技术四川省重点实验室工作，参与了国家自然科学基金面上项目等多个国家、省部级科研项目的研究工作，负责和参与了多项企业合作项目。在国内外学术期刊发表文章10余篇，参与申请发明专利8项。2015年晋升副研究员，2016年入选中国科学院“西部之光”人才培养计划。主要研究方向为：1、催化技术在医药、化工中间体中的应用；2、手性药物及手性药物中间体的有机合成方法学及其应用研究；3、药物、化工、材料及重要中间体的合成工艺研究。

王启卫研究员

王启卫，2010年7月毕业于香港浸会大学，获博士学位。2011年1月起在中国科学院成都有机化学研究所不对称合成与手性技术四川省重点实验室工作，晋升研究员，博导，主要从事有机合成、拆分以及功能化太阳能电池和OLEDs材料的合成的研究。先后承担中国科学院十二五知识创新工程、科学院“西部之光”、国家973子课题以及多个企业合作项目的研究，在不对称合成和手性药物的制备等基础和应用研究中取得了多个创新性的结果。目前已在Chem. Commu.、Chem. Asian J.、ChemMedChem及Dalton Trans.等国际知名杂志上发表SCI论文16余篇，获授权中国发明专利4项、申请美国专利1项。2011年被四川省人事厅认定为四川省“海外高层次留学人才”。