在钯催化下,有机硼化合物与有机卤素化合物进行偶联反应,这就提供了一类常用和有效的合成碳-碳键化合物的方法,我们称之为Suzuki 偶联反应,或Suzuki-Miyaura 偶联反应。
Suzuki反应的通式
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Suzuki偶联反应的催化循环过程通常认为先是Pd(0)与卤代芳烃发生氧化-加成反应生成Pd(II) 的络合物 1,然后与活化的硼酸发生金属转移反应生成Pd(II))的络合物 2,最后进行还原-消除而生成产物和Pd(0)。但是在反应机理研究过程中,但是活化硼酸或者硼酸酯发生金属转移反应生成Pd(II))的络合物 2是关键步骤,但是这个过程转换的太快了,到目前为止还没有实际的实验能够支持。
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但是,几十年来,化学家们一直在考虑两种途径(下图中的路径A和路径B),它们在引发转化中所起的作用不同。路径A通过带负电荷的芳基三羟基硼酸酯(化合物1)和卤化钯络合物(2)的组合进行,形成一种假设的含有钯氧硼单元(3)的中间体。另外一种路径B认为通过中性芳基硼酸(4)和氢氧化钯络合物(通过氢氧化物置换有机卤化钯)的组合,最终聚合到相同的中间体3,然后在分子内β-芳基消除步骤中将芳基转移到钯上,然后进行还原消除。但是化合物3所代表的中间体的具体的机理是缺失的,一直没有得到很好的数据支持。
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但是,伊利诺伊大学的研究人员在《Science》(Pre-transmetalation intermediates in the Suzuki-Miyaura reaction revealed: The missing link. Science, DOI:10.1126/science.aad6981)发表了他们的研究成果--转金属前的反应中间体结构,钯和硼是通过氧原子连接在一起(Pd-O-B)的。
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研究人员通过使用低温核磁共振(NMR)光谱技术和动力学方法,对反应中间体的生成、转化进行表征,结果发现(Pd-O-B)这个转换中间体有三种结构,其中一种是三配位的硼酸络合物,另外二种是四配位的硼酸络合物。在转金属步骤中,硼基的芳基转移到配位处于不饱和的钯中心上,但是Pd具有空位是这些Pd-O-B络合物中间体发生转金属的前提。
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通过三种研究方法(光谱分析、独立合成和动力学测量)的结合,作者明确地识别和表征了三种具有Pd-O-B键并经历了Suzuki-Miyaura交叉偶联反应的预转化中间体。尽管长期以来人们一直认为这类中间产物参与了转化反应,但作者的研究为它们的参与提供了第一个明确的证据。作者已经证明,含有关键Pd-O-B部分的四配位(18和20)和三配位(11)硼配合物都能够将它们的B-芳基转移到钯上。此外,作者的研究表明,钯原子上需要一个空的配位位点,才能使所有三种含Pd-O-B的物种发生转化反应。我们预计这些结果将作为一个平台,为进一步研究久负盛名的铃木-宫村交叉耦合机理研究提供进一步的帮助。
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