鈴木反應

鈴木反應
命名根據	鈴木章
反應類型	偶聯反應
標識
有機化學網站對應網頁	鈴木偶聯
RSC序號	RXNO:0000140

鈴木反應（日語：鈴木反応，英語：Suzuki reaction），也稱作鈴木偶聯反應（日語：鈴木カップリング、英語：Suzuki coupling）、鈴木－宮浦反應（日語：鈴木・宮浦反応，英語：Suzuki-Miyaura reaction），是一個有機偶聯反應，是在鈀配合物催化下，芳基或烯基的硼酸或硼酸酯與氯、溴、碘代芳烴或烯烴發生交叉偶聯。^[1]^[2]

該反應由鈴木章（日語：鈴木章／すずきあきら^{Suzuki Akira}）在1979年首先報道，在有機合成中的用途很廣，具有很強的底物適應性及官能團耐受性，常用於合成多烯烴、苯乙烯和聯苯的衍生物，從而應用於眾多天然產物、有機材料的合成中^[3]^[4]^[5]。鈴木章也憑藉此貢獻與理察·赫克、根岸英一共同獲得2010年諾貝爾化學獎^[6]。

2018年，鈴木反應被成功地轉移到異相體系中進行。^[7]

概述

鈴木反應對官能團的耐受性非常好，反應物可以帶著-CHO、-COCH₃、-COOC₂H₅、-OCH₃、-CN、-NO₂、-F等官能團進行反應而不受影響。反應有選擇性，不同鹵素、以及不同位置的相同鹵素進行反應的活性可能有差別，三氟甲磺酸酯、重氮鹽、碘鎓鹽或芳基鋶鹽和芳基硼酸也可以進行反應，活性順序如下：

R₂-I > R₂-OTf > R₂-Br >> R₂-Cl

另一個廣泛應用的底物是芳基硼酸，由芳基鋰或格氏試劑與烷基硼酸酯反應製備（見宮浦硼酸化反應，宮浦反應）。這些化合物對空氣和水蒸氣比較穩定，容易儲存。鈴木反應靠一個四配位的鈀催化劑催化，廣泛使用的催化劑為Pd(PPh₃)₄(0)與PdCl₂(dppf)，其他的配體還有：AsPh₃、n-Bu₃P、(MeO)₃P，以及雙齒配體Ph₂P(CH₂)₂PPh₂(dppe)、Ph₂P(CH₂)₃PPh₂(dppp)等。（以上的所有Pd配體都是厭氧的，因此反應必須在氮氣，氬氣等惰性氣體下反應）。^[8]

鈴木反應中的鹼也有很多選擇，最常用的是碳酸鈉、碳酸銫、醋酸鉀、磷酸鉀等。鹼金屬碳酸鹽中，活性順序為：

Cs₂CO₃ > K₂CO₃ > Na₂CO₃ > Li₂CO₃

而且，加入氟離子（F⁻）會與芳基硼酸形成氟硼酸鹽負離子，可以促進硼酸鹽中間體與鈀中心的反應。因此，氟化四丁基銨、氟化銫、氟化鉀等化合物都會使反應速率加快，甚至可以代替反應中使用的鹼。

機理

反應機理見下圖。首先鹵代烴2與零價鈀進行氧化加成，與鹼作用生成強親電性的有機鈀中間體4^[9]。同時芳基硼酸與鹼作用生成酸根型配合物四價硼酸鹽中間體6，具親核性，與4作用生成8。最後8經還原消除，得到目標產物9以及催化劑1。

鈴木反應機理

氧化加成一步，用乙烯基鹵反應時生成構型保持的產物，但用烯丙基和苄基鹵反應則生成構型翻轉的產物^[10]。這一步首先生成的是順式的鈀配合物，而後立即轉變為反式的異構體。^[11]

還原消除得到的是構型保持的產物^[12]。

討論

對於一些SP³雜化的烷基硼或者硼酸化合物，同樣可以發生反應稱為硼-烷基鈴木－宮浦交叉耦聯反應。與鈴木偶聯相比它有若干缺點:1.反應進程慢；2.自身耦聯副產物較多；3.和磷配體耦聯的副產物多；4.可能會造成手性消旋或者羥醛縮和反應。^[13]^[14]^[15]^[16]^[17]

展望

鈴木－宮浦交叉耦聯在有機合成當中的最新應用已經被Kotha和同事歸納。^[18]當SPhos（一種有機膦配體）參與反應，其催化劑的用量聲稱可以降低至0.001 mol%。^[19]

參見

參考文獻

^ Miyaura, N. et al. Tetrahedron Lett. 1979, 3437.
^ Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Commun. 1979, 866.
^ 反應綜述參見：Suzuki, A. Pure Appl. Chem. 1991, 63, 419-422. (Review)
^ Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 1995, 95, 2457-2483. doi:10.1021/cr00039a007
^ Suzuki, A. J. Organometallic Chem. 1999, 576, 147–168.
^ Akira Suzuki - Biographical. Nobelprize.org. 2010-10-06 [2011-02-23]. （原始內容存檔於2011-05-12）.
^ Chen, Zupeng; Vorobyeva, Evgeniya; Mitchell, Sharon; Fako, Edvin; Ortuño, Manuel A.; López, Núria; Collins, Sean M.; Midgley, Paul A.; Richard, Sylvia; Vilé, Gianvito; Pérez-Ramírez, Javier. A heterogeneous single-atom palladium catalyst surpassing homogeneous systems for Suzuki coupling. Nature Nanotechnology. 2018-08, 13 (8): 702–707. doi:10.1038/s41565-018-0167-2.
^ 邢其毅等。《基礎有機化學》第三版下冊．北京：高等教育出版社，2005年．ISBN 978-7-04-017755-8．
^ Matos, Karl; Soderquist, John A. Alkylboranes in the Suzuki−Miyaura Coupling: Stereochemical and Mechanistic Studies. The Journal of Organic Chemistry. 1998-02, 63 (3): 461–470. doi:10.1021/jo971681s.
^ Stille, John K.; Lau, Kreisler S. Y. Mechanisms of oxidative addition of organic halides to Group 8 transition-metal complexes. Accounts of Chemical Research. 1977-12-01, 10 (12): 434–442. doi:10.1021/ar50120a002.
^ Casado, A. L.; Espinet, P. Organometallics 1998, 17, 954–959.
^ Ridgway, Brian H.; Woerpel, K. A. Transmetalation of Alkylboranes to Palladium in the Suzuki Coupling Reaction Proceeds with Retention of Stereochemistry. The Journal of Organic Chemistry. 1998-02, 63 (3): 458–460. doi:10.1021/jo970803d.
^ Littke, A. F., Fu, G. C. A convenient and general method for Pd-catalyzed Suzuki cross-couplings of aryl chlorides and arylboronic acids. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1999, 37, 3387-3388.
^ Wolfe, J. P., Singer, R. A., Yang, B. H., Buchwald, S. L. Highly Active Palladium Catalysts for Suzuki Coupling Reactions. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9550-9561.
^ Netherton, M. R., Dai, C., Neuschuetz, K., Fu, G. C. Room-Temperature Alkyl-Alkyl Suzuki Cross-Coupling of Alkyl Bromides that Possess β Hydrogens. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10099-10100.
^ Kirchhoff, J. H., Dai, C., Fu, G. C. A method for palladium-catalyzed cross-couplings of simple alkyl chlorides: Suzuki reactions catalyzed by [Pd2(dba)3]/PCy3. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2002, 41, 1945-1947.
^ Molander, G. A., Bernardi, C. R. Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reactions of Potassium Alkenyltrifluoroborates. J. Org. Chem. 2002, 67, 8424-8429.
^ Recent applications of the Suzuki–Miyaura cross-coupling reaction in organic synthesis Sambasivarao Kotha, Kakali Lahiri and Dhurke Kashinath Tetrahedron 2002, 48, 9633-9695 doi:10.1016/S0040-4020(02)01188-2
^ Catalysts for Suzuki-Miyaura Coupling Processes: Scope and Studies of the Effect of Ligand Structure Timothy E. Barder, Shawn D. Walker, Joseph R. Martinelli, and Stephen L. Buchwald J. AM. CHEM. SOC. 2005, 127, 4685-4696 doi:10.1021/ja042491j

外部連結

鈴木偶聯反應（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）—organic-chemistry.org
鈴木反應新進展
鈴木-宮浦偶聯反應 Suzuki-Miyaura Cross Coupling （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

[1] Miyaura, N. et al. Tetrahedron Lett. 1979, 3437.

[2] Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Commun. 1979, 866.

[3] 反應綜述參見：Suzuki, A. Pure Appl. Chem. 1991, 63, 419-422. (Review)

[4] Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 1995, 95, 2457-2483. doi:10.1021/cr00039a007

[5] Suzuki, A. J. Organometallic Chem. 1999, 576, 147–168.

[6] Akira Suzuki - Biographical. Nobelprize.org. 2010-10-06 [2011-02-23]. （原始內容存檔於2011-05-12）.

[7] Chen, Zupeng; Vorobyeva, Evgeniya; Mitchell, Sharon; Fako, Edvin; Ortuño, Manuel A.; López, Núria; Collins, Sean M.; Midgley, Paul A.; Richard, Sylvia; Vilé, Gianvito; Pérez-Ramírez, Javier. A heterogeneous single-atom palladium catalyst surpassing homogeneous systems for Suzuki coupling. Nature Nanotechnology. 2018-08, 13 (8): 702–707. doi:10.1038/s41565-018-0167-2.

[8] 邢其毅等。《基礎有機化學》第三版下冊．北京：高等教育出版社，2005年．ISBN 978-7-04-017755-8．

[9] Matos, Karl; Soderquist, John A. Alkylboranes in the Suzuki−Miyaura Coupling: Stereochemical and Mechanistic Studies. The Journal of Organic Chemistry. 1998-02, 63 (3): 461–470. doi:10.1021/jo971681s.

[10] Stille, John K.; Lau, Kreisler S. Y. Mechanisms of oxidative addition of organic halides to Group 8 transition-metal complexes. Accounts of Chemical Research. 1977-12-01, 10 (12): 434–442. doi:10.1021/ar50120a002.

[11] Casado, A. L.; Espinet, P. Organometallics 1998, 17, 954–959.

[12] Ridgway, Brian H.; Woerpel, K. A. Transmetalation of Alkylboranes to Palladium in the Suzuki Coupling Reaction Proceeds with Retention of Stereochemistry. The Journal of Organic Chemistry. 1998-02, 63 (3): 458–460. doi:10.1021/jo970803d.

[13] Littke, A. F., Fu, G. C. A convenient and general method for Pd-catalyzed Suzuki cross-couplings of aryl chlorides and arylboronic acids. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1999, 37, 3387-3388.

[14] Wolfe, J. P., Singer, R. A., Yang, B. H., Buchwald, S. L. Highly Active Palladium Catalysts for Suzuki Coupling Reactions. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9550-9561.

[15] Netherton, M. R., Dai, C., Neuschuetz, K., Fu, G. C. Room-Temperature Alkyl-Alkyl Suzuki Cross-Coupling of Alkyl Bromides that Possess β Hydrogens. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10099-10100.

[16] Kirchhoff, J. H., Dai, C., Fu, G. C. A method for palladium-catalyzed cross-couplings of simple alkyl chlorides: Suzuki reactions catalyzed by [Pd2(dba)3]/PCy3. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2002, 41, 1945-1947.

[17] Molander, G. A., Bernardi, C. R. Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reactions of Potassium Alkenyltrifluoroborates. J. Org. Chem. 2002, 67, 8424-8429.

[18] Recent applications of the Suzuki–Miyaura cross-coupling reaction in organic synthesis Sambasivarao Kotha, Kakali Lahiri and Dhurke Kashinath Tetrahedron 2002, 48, 9633-9695 doi:10.1016/S0040-4020(02)01188-2

[19] Catalysts for Suzuki-Miyaura Coupling Processes: Scope and Studies of the Effect of Ligand Structure Timothy E. Barder, Shawn D. Walker, Joseph R. Martinelli, and Stephen L. Buchwald J. AM. CHEM. SOC. 2005, 127, 4685-4696 doi:10.1021/ja042491j

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]