镍催化芳磺酸酯与芳硼酸偶联反应的研究

陈国军，李 玲

（1.长春工程学院理学院，长春130012；2.山东石大科技集团有限公司，山东 东营257061）

在现代合成化学中，过渡金属催化的偶联反应仍然起着重要作用［1］。尽管芳基卤化物常被作为亲电试剂［2］，酚衍生物将会替代芳卤化物，主要是因为酚价格便宜且比较常见。迄今为止，芳基三氟甲磺酸酯被研究的频率较高［3］，但成本较高且不稳定的特点限制了它的应用［4］。价格便宜且易合成的芳基磺酸酯［5－7］、芳基醚［8］、芳基磷酸酯［9］和芳氨基磺酸酯［10－11］也是很好的亲核试剂。这些亲核试剂比较常见，便于合成，但它们在Pd催化剂催化下并不发生偶联反应。且这些亲核试剂在通过C—H活化和DoM反应构建芳环时具有区域选择性的优点［12－14］。

我们致力于研究酚的氨基磺酸酯和芳硼酸的偶联反应。以前关于此类底物的偶联反应主要是镍催化的Kumada偶联反应，直到最近，才出现了关于Ni催化此类底物的Suzuki偶联的报道［15］。但他们的研究也存在问题：（1）催化剂价格昂贵且用量太大；（2）硼酸用量大。我们将主要从这两方面对其进行改善。

1 实验部分

反应均在氮气保护条件下进行。1，4—二氧六环通过4˚A型分子筛干燥后再进行使用；K3PO4和三乙胺买来直接使用。无水NiCl2、二甲胺基磺酰氯及配体dppp均从百灵威科技有限公司买来后直接使用。

2 结果与讨论

我们选用1—萘酚和4—甲氧基苯硼酸之间的偶联反应来优化反应条件。

图1 底物1与2间的Suzuki偶联反应

NiCl2（dppp）的用量定为底物1用量的1 mol%，硼酸用量定为底物1用量的1.2倍，K3PO4用量定为底物1用量的4倍，溶剂为1，4—二氧六环（3mL），反应的温度为110℃。在初始确定的反应条件下偶联收率为84%，如将各种组分的用量降低，收率随之降低，所以此初始条件为反应的最佳条件。随后，研究最佳条件的普适性。

从表1中可以看出，1—萘酚氨基磺酸酯能够和各种芳硼酸进行有效的偶联。萘环上的供电子基团，有利于偶联反应的发生，随着萘环上电子云密度的降低，收率也逐渐降低。需要特别指出的是1—萘酚氨基磺酸酯与邻位带有取代基的硼酸进行偶联时，需要将催化剂的用量调整到1.5mol%后两者才能进行有效的偶联，收率为76%。

表1 1—萘酚氨基磺酸酯与各种芳硼酸（2a－e）在最优条件下的偶联［a］

从表2中我们可以看出，虽然1—萘酚氨基磺酸酯与2—萘酚氨基磺酸酯只是官能团在萘环上的位置不同，但它们的反应活性却有很大的区别。2—萘酚氨基磺酸酯与4—甲氧基苯硼酸进行偶联反应时，需将催化剂的用量提高到1.5mol%，如果低于1.5mol%，偶联收率将低于50%。1—萘酚氨基磺酸酯与苯硼酸、4—酯基苯硼酸进行偶联时，催化剂的量要提高到2mol%时才能得到较高的收率。

表2 2—萘酚氨基磺酸酯与各种芳硼酸在最优条件下的偶联［a］

表3 各种萘酚氨基磺酸酯与各种芳硼酸在最优条件下的偶联［a］

从表3中（第1行到第6行）我们可以看出，带有吸电子基团的2—萘酚氨基磺酸酯在优化条件下都能够和各种芳硼酸进行有效的偶联。尤其是带有氰基（—CN）的2—萘酚氨基磺酸酯，能够和2—苯并噻吩硼酸进行偶联，收率能达到62%。可见，吸电子基团能够活化萘环，提高其反应活性，从而降低了催化剂的用量。

表4 各种酚的氨基磺酸酯与各种芳硼酸在最优条件下的偶联［e］

从表3的第7行和第8行我们可以看出，在1—萘酚氨基磺酸酯的稠环上带有给电子基团（—OMe）时，必须将催化剂的用量提高到2mol%，才能够和4—甲氧基苯硼酸、苯硼酸进行偶联，收率分别为75% 和61%；但其和4—酯基苯硼酸进行偶联时收率仍低于50%。

从表4中我们可以看出，单芳环的氨基磺酸酯的反应活性要比稠环氨基磺酸酯低，其与各种芳硼酸进行反应时，催化剂用量都不能低于1.5mol%。从表4的第3行和第7行我们可以看出，带有吸电基团（—CN）的氨基磺酸酯反应活性要比带有吸电基团（—CO2Me）的氨基磺酸酯反应活性高。同样与带有位阻的硼酸进行反应时，带有—CO2Me的氨基磺酸酯的反应体系中催化剂的用量需要高达2 mol%，其收率为80%；而带有—CN的氨基磺酸酯反应体系中催化剂的用量仅为1.5mol%，其收率已经达到了84%。从第8行到第10行我们可以看出，同样带有吸电基团的单芳环氨基磺酸酯，由于位阻的原因，使得2—氰基氨基磺酸酯反应活性大大降低，只有将催化剂的用量提高到3mol%时，才能提高产物的收率。2—氰基氨基磺酸酯与4—甲氧基苯硼酸、苯硼酸、4—酯基苯硼酸反应的收率分别为77%、67%和64%。

从表5中我们可以看出，无论是单杂环芳氨基磺酸酯还是芳稠杂环氨基磺酸酯，其反应活性较1—萘酚氨基磺酸酯低。它们在与硼酸进行偶联时，只有当催化剂用量达到1.5mol%～3.0mol%时才能发生有效的偶联反应。从表5第1行到第3行我们可以看出，单杂环芳氨基磺酸酯能够在催化剂用量为1.5mol%时与各种硼酸进行有效的偶联。该底物与4—甲氧基苯硼酸、苯硼酸进行偶联时接近定量反应，收率接近100%；其与4—酯基苯硼酸进行偶联反应时虽然收率有所下降，也达到了85%。当芳基硼酸带有位阻时，该底物的活性也有所下降，只有将催化剂用量提高到2mol%时，两者才能进行有效的偶联，收率可达到81%（见表5的第4行）。从表5的第5行到第7行我们可以看出，只有将反应体系中的催化剂量提高到3mol%，芳稠杂环氨基磺酸酯才能与硼酸进行有效的偶联。在此条件下，芳稠杂环氨基磺酸酯与4—甲氧基苯硼酸、苯硼酸、4—酯基苯硼酸进行偶联时的收率分别为84%，88%和71%。

表5 各种杂环氨基磺酸酯与各种芳硼酸在最优条件下的偶联［e］

3 结语

在本研究中，我们选用了二甲氨基磺酰氯对酚进行了活化并使其成功的发生了Suzuki－Miyaura偶联反应。选用了价格便宜且极其稳定的NiCl2（dppp）作为反应的催化剂，用量为1～3mol%，同时硼酸的用量降低为1.2倍用量，反应的收率并没有降低。此方法适用范围较广，它不仅适用于各种酚，还适用于各种硼酸。

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