《碳碳键的形成》PPT课件.ppt

碳 碳 键 的 形 成 偶 联 反 应 及 其 进 展 宋 庆 宝 1959年 出 生 ， 吉 林 磐 石 人1983.7， 兰 州 大 学 化 学 系 本 科 毕 业 ， 留 校 任 教 ；1997.6， 兰 州 大 学 化 学 系 博 士 研 究 生 毕 业 ， 获 理 学 博 士 学 位 ；19831998， 兰 州 大 学 化 学 系 助 教 、 讲 师 、 副 教 授 ， 教 研 室 主 任 ， 系 教 学 指 导 委 员 会 成 员 ；19972001， 中 国 科 学 院 上 海 有 机 化 学 研 究 所 博 士 后 ； 中 科 合 臣 化 学 公 司 研 究 员 2002， 人 才 引 进 到 浙 江 工 业 大 学 化 材 学 院 。 研 究 方 向 ： 有 机 合 成 ， 药 物 及 其 中 间 体 合 成宋 庆 宝 简 历 偶 联 形 成 Ar-Ar 键 的 方 法1.乌 尔 曼 （ Ullmann， 1901年 ） 反 应2.偶 联 反 应 (2005年 CA检 索 论 文 320余 篇 ) Ar X Ar X+ Ar ArCu A. Suzuki-Miyaura Cross-coupling Reaction RX + RB(OH)2 R RB. Heck Cross-coupling Reaction RX + R CH=CH2 R CH=CH RC. Stille Cross-coupling Reaction RX + R SnR” 3 R R 有 机 硅 的 Hiyama格 氏 试 剂 偶 联N, O偶 联 (胺 醇 或 酚 与 卤 代 烃 )其 他 偶 联 反 应D. SonogashiraE. Negishi Cross-coupling Reaction RX + R ZnX R R 第 一 节Suzuki-Miyaura偶 联 反 应 简 介 自 从 Ullmann反 应 被 发 现 到 今 天 一 百 多 年 ， 各 种 形 成 芳 芳 键 的 反 应 已 经 成 为 现 代 有 机 合 成 最 重 要 的 工 具 之 一 。 然 而 Ullmann反 应 一 般 需 要 剧 烈 的 条 件 (高 于 200 )， 过量 的 铜 粉 进 行 催 化 . 伴 随 着 金 属 有 机 化 学 的 发 展 ， 利 用 转 移金 属 方 法 形 成 碳 碳 键 的 反 应 成 为 最 近 几 十 年 来 的 研 究 热 点。 目 前 偶 联 反 应 可 以 很 容 易 通 过 多 种 有 机 金 属 试 剂 来 实 现 ，大 多 是 通 过 钯 和 镍 催 化 剂 的 作 用 进 行 反 应 。 RX + RM 金 属 催 化 剂 R R 一 . 偶 联 反 应 的 发 展 历 程 1972年 ， Tamao, K.和 Kumada, M. 以 及 Corriu, R. J. P. 等 分 别 报 道 了 有 机 镁 试 剂 与 烯 烃 、 卤 代 芳 烃 通 过 Ni(II)配 合物 的 催 化 可 快 速 高 效 地 进 行 偶 联 反 应 。 Br Br + 2 MgBr Et2O, refluxNi(acac)2,(1%)J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 4374-4376. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1972, 144-144. J. Organomet. Chem. 1976, 118, 349-354. Sekiya, A.和 Ishikawa, N.于 1976年 ， 报 道 了 钯 催 化 下 有 机镁 试 剂 的 偶 联 。D MgBr + I A 10% Pd(PPh3)4THF-rt-2h D A Kende, A. S. 等 人 在 1975年 报 道 了 镍 催 化 下 卤 代 烃在 锌 作 用 下 的 偶 联 反 应 ， Negishi, E.-I. 等 人 发 展 了 有 机锌 试 剂 在 钯 催 化 下 的 偶 联 反 应 ， 并 且 先 后 发 展 了 有 机 铝与 锆 试 剂 在 偶 联 反 应 中 的 应 用 。 自 从 这 些 发 现 以 后 ， 许多 其 他 作 为 偶 联 反 应 的 亲 核 体 具 有 很 高 的 实 用 价 值 的 有机 金 属 试 剂 如 雨 后 春 笋 般 蓬 勃 发 展 起 来 ， 如 Murahashi, S.发 现 的 有 机 钛 ， Migita, T.和 Stille, J. K.发 现 的 有 机 锡 ，Normant, J. F. 发 现 的 1-烯 铜 ， Hiyama, T. 发 现 的 有 机 硅化 合 物 等 等 。 Miyaura, N.和 Suzuki, A.于 1981年 首 次 通 过 有 机 硼 试 剂合 成 了 联 芳 基 化 合 物 。 B(OH)2 + X Z Pd (PPh3)4aq. Na2CO3benzene, reflux ZSynth. Commun. 1981, 513-519 RB(OH)2RX Pd(PPh3)4 R R+ Na2CO3X = Cl, Br, IR, R= 烷 基 , 烯 基 , 芳 基催 化 剂 除 Pd(0)外 , 还 有 Pd(OAc)2, Pd(PPh3)2Cl2, Ni(0), Ni(PPh3)2Cl2碱 - 无 机 碱 Suzuki偶 联 反 应 被 认 为 是 目 前 合 成 联 芳 键 最 受 欢 迎的 方 法 。 特 别 是 最 近 二 十 年 来 ， 用 Suzuki偶 联 反 应 生 成芳 芳 键 通 常 可 以 在 很 温 和 的 条 件 下 进 行 ， 并 且 不 受 水以 及 很 多 官 能 团 的 影 响 ， 而 且 产 生 无 毒 的 副 产 物 ， 这 种反 应 被 大 量 用 在 实 验 室 制 备 以 及 精 细 化 工 中 用 于 合 成 有用 的 有 机 分 子 。 通 过 与 其 它 钯 催 化 的 偶 联 反 应 相 比 较 ，Suzuki偶 联 反 应 主 要 有 以 下 几 个 优 点 ：1. 反 应 条 件 相 对 较 温 和 , 有 机 硼 酸 稳 定 , 容 易 保 存 , 也 容 易处 理 。2. 反 应 的 后 处 理 容 易 。3. 使 用 低 毒 的 硼 试 剂 并 且 无 有 毒 副 产 物 产 生 ， 与 其 他 的 有机 金 属 试 剂 相 比 较 ， 它 们 是 环 境 友 好 的 绿 色 试 剂 。 二 . Suzuki-Miyaura 偶 联 反 应 的 用 途1.合 成 对 （ 非 ） 称 联 芳 烃 2.合 成 含 杂 环 联 芳 烃 3.合 成 液 晶 材 料 、 非 线 性 光 学 材 料 等4.合 成 沙 坦 类 抗 高 血 压 药 洛 沙 坦NNCl n-BuHOH2C Br+ NN NN Tr(HO)2B K2CO3, H2O NNCl n-BuHOH2C NN NN Tr Pd(PPh3)4Smith, G. B.; J. Org. Chem. 1994, 59, 8151-8156. 1992年 ， Snieckus V.等 人 用 这 种 方 法 有 效 的 合 成了 取 代 的 联 萘 酚 。 OMOMOMOMBrBr 1) Ar-B(OH)2 Pd(PPh3)4-Na2CO3 aq. DME-reflux2) TMSI - CH3CN - rt Ar=phenyl 87% Ar= 2-naphthyl 83% OMOMOMOMArArTetrahedron Lett. 1992, 33, 2253-2256. J. Org. Chem. 1998, 63, 7536-7538.Eur. J. Org. Chem. 1998, 4, 701-709. OAcOAcO OAcOAc O R X70-85 %R=OPr, SPr, OC 10H21X=F,Cl 1995年 ， Tschierske C.等 人 应 用 这 种 方 法 成 功 的 合 成 了带 糖 基 的 联 芳 基 化 合 物 J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1995,645-646. 1997年 ， Abell C.等 研 究 了 二 硼 酸 的 反 应 活 性 ， 应 用Suzuki-Miyaura交 叉 偶 联 反 应 制 备 三 联 苯 化 合 物 ， 得 到 了比 较 高 的 产 率 ， 这 种 方 法 目 前 已 经 被 用 于 合 成 有 活 性 的 液晶 材 料 。 B(OH)2 B(OH)2+ I Br 5 mol.% Pd(PPh3)4 K2CO3DME/EtOH/H2O 80-16h Br Br65% 图 1-16 Tetrahedron Lett. 1997, 38, 6781-6784. N R R X + Ar-B(OH)2 3 mol.% Pd(PPh3)4 N R R Ar 1992年 ， McKillop A. 研 究 了 钯 催 化 的 芳 基 硼 酸 和 缺 电 子 的杂 原 子 氯 代 芳 烃 的 偶 联 反 应 ， 他 报 道 了 Pd(PPh3)4对 氯 代 喹 啉催 化 反 应 很 有 效 。 这 个 研 究 结 果 建 立 了 合 成 联 芳 基 喹 啉 的 一 个很 好 的 方 法 ， 因 为 氯 代 衍 生 物 也 可 以 作 为 价 格 较 贵 的 碘 代 和 溴代 化 合 物 的 替 代 物 参 与 反 应 ， 并 且 反 应 的 步 骤 简 单 ， 条 件 温 和 。 Ali, N. M.; McKillop, A.; Mitchell, M. B.; Rebelo, R. A.; Wallbank,P. J. Tetrahedron 1992, 48, 8117-8126 1997年 ， Wong H. N. C.和 Ye X.-S.就 利 用 Suzuki偶 联 反 应 成 功 地 合 成 了 取 代 噻 吩 ， 产 率 较 高 。 S Si Si S Si I S Si IAr I2, CF3CO2Ag B(OH)2Pd(PPh3)4 Na 2CO3 77% I 2, CF3CO2Ag67% Ar-B(OH)2 Pd(PPh3)4 Na2CO3 Ar Yield (%)4-Me-C6H4 76 4-OMe-C6H4 902,4,6-Me3-C6H4 56 1-naphthyl 78 J. Org. Chem. 1997, 62, 1940-1954. 三 . 展 望 最 近 二 十 年 来 ， Suzuki偶 联 反 应 成 了 有机 化 学 领 域 的 一 个 研 究 热 点 ， 特 别 是 最 近 几年 ， 国 内 外 有 关 Suzuki偶 联 反 应 的 报 道 非 常多 ， 主 要 集 中 在 以 下 几 个 领 域 。 尽 管 很 多 Suzuki-Miyaura交 叉 偶 联 反 应 中 都 可 以 使 用 Pd（ PPh3） 4 作 为 催 化 剂 ， 但 是 由 于 其 对 于 空 气 及 光 的 比 较 敏 感并 易 生 成 一 些 副 产 物 ， 使 得 研 究 者 们 倾 向 于 开 发 一 些 能 广 泛 使用 并 且 稳 定 的 催 化 剂 配 体 。 由 于 该 反 应 使 用 的 催 化 剂 的 量 通 常比 较 大 （ 约 1 10mol%） ， 在 成 本 及 反 应 后 处 理 上 限 制 了 工 业化 的 使 用 ， 因 此 开 发 高 效 的 催 化 剂 用 于 降 低 催 化 剂 的 用 量 , 简化 后 处 理 也 是 非 常 有 意 义 的 一 项 研 究 内 容 。1. 催 化 剂 新 配 体 的 研 究 目 前 用 于 Suzuki偶 联 反 应 的 卤 代 烃 主 要 使 用 碘 代 和 溴 代 芳烃 ， 由 于 它 们 在 价 格 及 其 稳 定 性 方 面 的 限 制 ， 开 发 廉 价 稳 定的 氯 代 芳 烃 作 为 替 代 物 成 为 很 有 意 义 的 一 项 研 究 。 由 于 氯 原子 上 的 孤 电 子 对 参 与 了 芳 环 的 共 轭 ， 使 得 氯 代 芳 烃 的 反 应 活性 大 大 降 低 ， 当 氯 代 芳 环 上 拥 有 强 吸 电 子 基 团 ， 如 三 氟 甲 基 ，硝 基 ， 氰 基 ， 羰 基 等 时 ， 也 会 发 生 Suzuki-Miyaura交 叉 偶 联反 应 ， 且 产 率 也 很 高 。2. 以 氯 代 芳 烃 作 为 底 物 为 了 使 廉 价 稳 定 的 氯 代 芳 烃 能 够 替 代 昂 贵 的 不 稳 定 的 碘代 和 溴 代 芳 烃 ， 需 要 开 发 一 些 活 性 较 高 的 催 化 剂 。 氯 代 芳烃 难 于 反 应 主 要 在 于 氯 原 子 上 的 孤 电 子 对 参 与 了 芳 环 的 共轭 ， 使 得 氯 代 芳 烃 的 反 应 活 性 大 大 降 低 ， 从 而 使 得 氧 化 加成 阶 段 金 属 难 以 插 入 芳 环 与 氯 原 子 之 间 。 1998年 以 来 ， 有几 个 研 究 小 组 分 别 报 道 了 含 富 电 子 配 体 的 钯 催 化 剂 可 以 克服 这 种 限 制 。 Fu G. C. 和 Herrmann W. A., 特 别 是Buchwald S. L.深 入 评 述 了 一 些 富 电 子 配 体 催 化 剂 对 氯 代 芳烃 的 活 化 作 用 ， 这 些 配 体 大 致 可 被 分 作 五 个 类 别 ： 二 （ 二苯 基 膦 ） 烷 基 ， 三 烷 基 膦 ， 芳 基 三 烷 基 膦 ， 含 氮 杂 环 的 卡 宾 配 体 和 钯 环 化 合 物 。 3. 微 波 促 进 的 Suzuki-Miyaura交 叉 偶 联 反 应 微 波 辐 射 是 目 前 在 有 机 化 学 中 所 用 的 一 种 很 有 效 的 活化 技 术 。 与 传 统 的 加 热 相 比 ， 微 波 加 热 可 以 使 反 应 速 度 提 高几 倍 至 上 千 倍 ， 同 时 由 于 微 波 为 强 电 磁 波 ， 产 生 的 微 波 等 离子 体 中 常 可 存 在 热 力 学 方 法 得 不 到 的 高 能 态 粒 子 ， 因 而 可 使一 些 热 力 学 上 不 可 能 发 生 的 反 应 得 以 实 现 , 而 且 反 应 时 间 短 ，一 般 只 需 几 分 钟 ， 转 化 率 都 比 较 高 。 第 一 个 关 于 微 波 促 进 的 Suzuki偶 联 反 应 是 Larhed M.和Hallberg A.61做 的 ， 通 过 Pd(PPh3)4催 化 ， 在 均 相 条 件 下 高 聚物 支 载 的 碘 苯 和 溴 化 物 的 反 应 ， 使 用 水 ， 乙 醇 和 DME混 合物 为 溶 剂 。 Schotten T.等 人 报 道 了 在 水 中 用 不 含 配 体 的 醋 酸 钯作 为 催 化 剂 ， 用 聚 乙 二 醇 为 可 溶 性 载 体 和 相 转 移 催 化 剂 ，通 过 微 波 辐 射 ， 反 应 时 间 可 以 从 2小 时 缩 短 到 2-4分 钟 。 在这 种 条 件 下 ， 聚 合 物 和 聚 合 物 自 己 的 连 接 保 持 稳 定 ， 溴代 ， 碘 代 或 三 氟 甲 基 磺 酸 酯 取 代 的 聚 乙 二 醇 酯 很 容 易 与芳 基 硼 酸 偶 联 。 OO I + B(OH)2F3CF3C Pd(OAc)2/ K2CO3water/4min75W OOpurity 90% CF3CF3 OO + BH(OH)2Pd(OAc)2/ K2CO3water/2min75W OOpurity 95%S Br S 最 近 ， Villemin D.等 人 研 究 表 明 ： 在 水 或 者 甲 基 甲 酰 胺 中 用微 波 辐 射 含 杂 原 子 的 芳 烃 进 行 偶 联 效 果 比 较 好 。 NBr H + (C6H5)4BNa Pd(OAc)2Na2CO3H2O, 160W,10minMMF, 100W,8min NH78%84%Tetrahedron Lett., 1996, 37, 8219-8222.J. Org. Chem. 1999, 64(11), 3885-3890.Tetrahedra Lett. 2001, 42, 635-637. 4. 在 水 相 中 的 Suzuki-Miyaura交 叉 偶 联 反 应 Badone D.及 其 合 作 者 发 现 在 水 作 为 溶 剂 的 情 况 下 ， 通过 使 用 一 个 当 量 的 TBAB作 为 相 转 移 催 化 剂 可 以 极 大 的 加 快水 溶 液 中 的 Suzuki偶 联 速 度 ， 主 要 是 由 于 生 成 ArB(OH)3-Bu4N+， 使 得 反 应 的 收 率 很 高 （ 图 1-27） 65。 Br + Pd(OAc)2Na2CO3 99% yieldnBu4NBrOH F3C B(OH)2 CF3OHH2O 在 这 里 铵 盐 被 认 为 扮 演 了 两 个 角 色 ： 首 先 ， 它 们 有 助于 有 机 物 的 溶 解 ； 其 次 ， 它 们 通 过 与 硼 酸 生 成ArB(OH)3-R4N+， 促 进 了 偶 联 反 应 的 进 行 。 Leadbeater N. E. 结 合 微 波 技 术 在 合 成 联 苯 系 列 化 合 物的 研 究 过 程 中 ， 找 到 了 反 应 的 最 佳 条 件 。 反 应 物 卤 代 苯 与 苯硼 酸 、 TBAB、 Pd(OAc)2和 碳 酸 钠 的 最 佳 比 率 是 1： 1： 1：0.004： 3.8， 他 们 研 究 的 一 个 重 大 突 破 是 ， 通 过 使 用 100W的 微 波 能 ，在 密 闭 容 器 中 以 1.3当 量 的 苯 硼 酸 参 与 反 应 5min， 实 现 了 无金 属 催 化 条 件 下 的 对 甲 苯 硼 酸 与 4-溴 苯 乙 酮 的 偶 联 ， 产 率 高达 99%. J. Org. Che m. 2003, 68, 888-892.Li, C. J : Angew. Chem. Int. Ed. 2003 , 42, 4856-4858 Bumagine N. A.等 人 报 道 了 钯 催 化 的 芳 基 硼 酸 或 四 苯基 硼 酸 钠 与 卤 代 芳 烃 以 水 为 溶 剂 的 Suzuki偶 联 反 应 。 其 中一 些 很 有 效 的 碱 （ Na2CO3, NaOH） 和 催 化 剂 得 到 了 广 泛的 研 究 ， 结 果 表 明 膦 配 体 的 增 加 会 提 高 反 应 速 度 ， 但 邻 碘和 邻 溴 取 代 的 苯 甲 酸 偶 联 产 率 很 低 ， 而 间 位 的 很 高 . I + B(OH)2 Pd(OAc)2Na2CO3 94% yieldHOOC H2O, 10min COOH Br+ Pd(OAc)2Na2CO3 99% yieldHOOC H2O, 30min COOHPh4BNaTetrahedron 1997, 53, 14437-14450. 5. 固 载 化 在 Suzuki-Miyaura交 叉 偶 联 反 应 中 的 应 用 由 于 固 载 化 后 催 化 剂 容 易 回 收 循 环 利 用 , 产 物 容 易 分 离 , 减 少 溶 剂 的 用 量 , 废 物 排 放 少 . 在 追 求 绿 色 GDP的 形 势 下 尤 其受 到 追 捧 . Blettner C. G. 及 其 同 事 研 究 了 在 微 波 促 进 下 PEG支 载 的Suzuki偶 联 成 联 芳 烃 的 反 应 。 他 们 使 用 PEG6000 （ 支 载 能 力 为0.33m equiv/g） ， 支 载 卤 代 芳 烃 (碘 苯 和 2-溴 噻 吩 )与 1.2当 量 的苯 硼 酸 ， 通 过 使 用 75W的 微 波 能 反 应 1 2分 钟 ， 得 到 了 转 化 率普 遍 为 95%以 上 的 一 系 列 产 物 ， 并 且 产 物 与 PEG间 的 酯 键 在900W下 作 用 10min仍 然 保 持 稳 定 。 但 缺 电 子 的 苯 硼 酸 的 转 化 率只 有 73%， 而 且 产 物 与 PEG酯 键 的 水 解 率 才 8%。 他 们 直 接 在 卤 代 苯 和 苯 硼 酸 的 反 应 体 系 中 加 入 PEG， 而 不事 先 将 卤 代 苯 支 载 在 PEG上 也 实 现 了 较 好 的 产 率 ， 通 过 在 4-碘苯 甲 酸 甲 酯 与 苯 硼 酸 的 反 应 体 系 中 加 入 PEG， 以 70W的 功 率 辐射 4min， 转 化 率 最 高 达 到 91%， 分 离 产 率 为 86%。 J. Org. Chem. 1999, 64(11), 3885-3890. 第 二 节Suzuki-Miyaura偶 联 反 应 的 机 理 反 应 机 理 速 度 控 制 步 骤反 应 速 度 ： RI RBr RCl RB(OH)2RX Pd(PPh3)4 R R+ Na2CO3Pd(0) RB(OH)2 RX B(OH)2X Pd(PPh3)4 Pd LL R R XRPd LL RR +2L还原消除 转移金属化 氧化加成-2LMiyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 1995, 95, 2457-2483 最 近 ， Suzuki, A.在 其 前 面 研 究 的 烯 烃 偶 联 的 基 础 上 提 出 了另 一 个 催 化 循 环 机 理 ， 该 机 理 在 氧 化 加 成 和 金 属 转 换 之 间 加 入了 一 个 配 体 交 换 步 骤 。 Pd(0) R-Pd-XR-Pd-R R-Pd-OR R-X OR X- R-R B(OH)2(OR)2- RB(OH)2(OR)- RB(OH)2 + OR- 2L2L J. Organomet. Chem. 1999, 576, 147-168 第 三 节茂 金 属 有 机 化 合 物在 非 线 性 光 学 材 料 方 面 的 应 用 自 从 1987年 ， Green M. L. H.首 次 报 道 具 有 较 大 二 次 谐 波 产生 系 数 （ SHG） 的 二 茂 铁 衍 生 物 ， 表 明 了 金 属 有 机 配 合 物 在 二阶 NLO领 域 里 的 巨 大 应 用 潜 力 以 来 ， 越 来 越 多 的 研 究 将 兴 趣 集中 在 了 将 二 茂 铁 的 骨 架 引 入 新 的 有 机 化 合 物 ， 由 于 其 在 非 线 性光 学 材 料 （ NOL） ， 液 晶 材 料 ， 电 化 学 ， 生 物 化 学 ， 以 及 其 它材 料 化 学 等 方 面 的 潜 在 的 应 用 性 能 。 非 线 性 光 学 材 料 能 对 激 光 进 行 调 频 、 调 幅 、 调 相 以 及 调 偏 ，是 激 光 技 术 领 域 的 重 要 物 质 基 础 。 Green的 这 一 发 现 ， 引 起 人 们对 二 茂 铁 衍 生 物 非 线 性 光 学 性 质 的 关 注 ， 相 继 有 人 合 成 了 多 种二 茂 铁 衍 生 物 并 研 究 了 它 们 的 非 线 性 光 学 性 质 ， 例 如 东 南 大 学的 钱 鹰 曾 合 成 出 一 系 列 具 有 电 子 给 体 受 体 结 构 的 二 茂 铁 衍 生物 ， 测 定 了 这 些 化 合 物 的 二 阶 非 线 性 极 化 率 ， 并 描 述 了 它 们 的溶 致 变 色 效 应 ， 系 统 地 研 究 了 分 子 的 给 体 受 体 强 度 、 共 轭 长度 及 共 轭 体 系 的 平 面 性 等 结 构 因 素 与 分 子 二 阶 非 线 性 极 化 率 的关 系 。 一 . 二 茂 铁 衍 生 物 非 线 性 光 学 材 料 研 究 进 展 茂 金 属 的 这 一 特 性 是 因 为 金 属 烯 烃 衍 生 物 通 过 电 子 共轭 体 系 进 行 了 电 荷 迁 移 ， 使 其 氧 化 还 原 过 程 易 于 发 生 ， 从 而 产生 较 大 的 二 次 谐 波 产 生 系 数 。 金 属 烯 烃 衍 生 物 的 强 供 电 子 能 力是 由 于 金 属 对 电 子 的 束 缚 能 力 较 低 以 及 它 的 氧 化 还 原 电 势 对 分子 结 构 的 敏 感 性 。 二 茂 铁 类 衍 生 物 以 二 茂 铁 基 作 为 电 子 给 体 ， 二 茂 铁 符 合过 渡 金 属 成 键 的 18电 子 规 则 ， 表 现 出 高 度 的 稳 定 性 ， 其 前 线 轨道 中 的 电 子 由 铁 的 d电 子 反 馈 ， d轨 道 参 与 并 扩 大 了 茂 环 的 电 子体 系 ， 铁 原 子 还 具 有 多 种 氧 化 态 ， 和 茂 环 结 合 后 整 个 二 茂 铁 基团 成 为 很 好 的 供 电 子 基 团 ， 当 它 通 过 共 轭 体 系 与 电 子 受 体 （ 醛基 ， 酯 基 ， 吡 啶 基 ， 含 吸 电 子 基 团 的 苯 基 ） 相 连 时 ， 易 于 发 生分 子 内 电 荷 转 移 而 有 效 地 诱 导 体 系 的 非 对 称 极 化 ， 从 而 使 分 子具 有 较 大 的 非 线 性 极 化 率 。 结 果 表 明 : 在 一 般 情 况 下 ， 给 、 受 体 基 团 强 度 越 大 ， 非线 性 极 化 率 越 大 ; 共 轭 长 度 的 增 加 可 以 使 非 线 性 极 化 率 增 大 ; 共 轭 体 系 的 共 平 面 程 度 越 好 越 利 于 非 线 性 极 化 率 的 增 大 。 Fe NO2Synthesis and Structure of (cis)-1-Ferrocenyl-2-(4-nitrophenyl) Ethylene, An Organotransition Metal Compound with a Large Second-order Optical Nonlinearity. Green, M. L. H.; Marder, Seth R.;Nature 1987, 330, 360-362. ReviewOrganometallic Compounds for Nonlinear Optical-The Search for En-Light-enment. N. J. Long Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, 21-38. Studies of the Electronic Structure of Metallocene-Based Second-Order Nonlinear Optical Dyes Marder, S. R. J. Am. Chem. Soc.; 1999; 121(15); 3715-3723. Preparation of (Thiophene)manganese Tricarbonyl Cations for Nonlinear Optics; Lee, I. S.; Seo, H.; Chung, Y. K.Organometallics; 1999; 18(6); 1091-1096. Third-Order Nonlinear Optical Properties of Donor-Acceptor Organometallic Compounds in Films and Solution Rojo, G.; Agullo-Lopez, F.; Campo, J. A.; Heras, J. V.; Cano, M.J. Phys. Chem. B.; 1999; 103(50); 11016-11020. Systematic Study of the Structure-Property Relationship of a Series of Ferrocenyl Nonlinear Optical Chromophores, Robinson, B. H. J. Am. Chem. Soc.; 2005; 127(8); 2758-2766. 设 计 化 合 物 的 结 构 Fc OFc O ArAr 2 二 茂 铁 联 芳 基 衍 生 物 非 线 性 光 学 材 料 的 分 子 设 计 ,合 成 结 构 表 征 该 类 化 合 物 物 性 特 征 ： 含 有 在 可 见 光 区 生 色 的 二 茂 铁 基 团 含 有 Ar Ar 联 芳 烃 结 构 含 有 助 色 基 团 羰 基设 计 化 合 物 的 物 性 Fe 6 5 421 3CHO6 5 43216 23 5cO123 7 6 2 8Fe O3 26 1 2 3456 31 2 45 5b Fe 1236 23 O6 5 4321 6 5 421 3 5a3 1 321 9a Fe O3 2 31 2 4566 1 2 3456 31 2 9c6 5 43216 6 5 421 323 OFe CHO 542133 8 67 9b6 5216 23 OFe 1 2 3 4Synth. Commun., 33, 3935-3941, 2003;Chin. Chem. Lett., 14(6), 569, 2003； 设 计 化 合 物 的 具 体 结 构 65 2354326 2 1 233 OFe OFe CH3OFe (4a) (4b) O CHOFe FOFe(4c) (4d) (4e) 6 52 35326 2 1 2 33 (5a) (5b) (5c) (5d) (5e)Fe O Fe O CH3 Fe O F Fe O Fe O CHO 6 Molecules, 2005, 10, 670;Synth. Commun., 34(12), 2223, 2004Chin. Chem. Lett., 16(1), 132, 2005 研 究 中 存 在 的 问 题 ：1. 反 应 时 间 超 长 ， 一 般 24小 时 以 上 ， 最 长 达 72小 时 以 上 ；2. 转 化 率 偏 低 ；3. 收 率 偏 低 （ 有 的 反 应 副 反 应 严 重 ） 。 考察氟代苯硼酸的偶联反应，解决上述问题 Fc O Br Fc O Br Fc O Fc O Ar Ar (HO)2B(HO)2B(HO)2B F FF FFFFFc = ferrocenyl 5a 5b 5cArB(OH)2 = 4a 4b 6d, 6e, 6f 6a, 6b, 6cPd(0)ArB(OH)2 (5) Table 1. 反 应 条 件 的 选 择1 110 1.0 DMF 964 78 2.5 DMF 646 78 24.0 benzene 808 95 16.5 toluene 83 9 60 4.0 THF 5710 54 4.0 acetone 4211 66 0.25 MeOH 9612 66 0.50 MeOH 100 Entry Temp.( ) Time (h) Solvent b Conversion (%) 11 66 0.25 MeOH 9612 66 0.50 MeOH 10013 76 0.25 EtOH 4515 66 0.5 i-PrOH 2518 66 0.5 n-PrOH 3522 100 24.0 DMSO 0 26 80 43.5 Waterc 69 Entry Temp.( ) Time (h) Solvent b Conversion (%) 27d 66 8.0 MeOH 80 a 20mg 1-ferrocenyl-3-(4-bromophenyl)-2-propen-1-one, 11.6 mg 3,4,5-trifluoro- phenyl boronic acid, 0.2 mL sodium carbonate aqueous solution (2 M), 15 mL solvent, 3% mmol Pd(PPh3)4. All materials were added with step by step under N2 atmosphere in entry 126.（ 改 进 方 法 ： 分 步 顺 序 加 料 ）ball solvents were untreated before using.c 5% (n-C4H9)4N+Cl- (70% in water) were added as phase transfer catalyst. d All materials were mixed at the same time under N2 atmosphere. （ 文 献 方 法 ： 同 时 加 料 ） Table 2. 改 进 的 条 件 和 文 献 条 件 下 实 验 结 果 对 照 表 a 红 色 为 改 进 条 件3 b 0.25 对 溴 苯 甲 醛 对 甲 苯 硼 酸 954 c 1.0 对 溴 苯 甲 醛 对 甲 苯 硼 酸 925 b 1.0 4 乙 酰 基 对 溴联 苯 对 甲 苯 硼 酸 906c 3.0 4 乙 酰 基 对 溴联 苯 对 甲 苯 硼 酸 897 b 0.25 B-溴 代 萘 对 甲 苯 硼 酸 908 c 6.5 B-溴 代 萘 对 甲 苯 硼 酸 659 b 0.25 溴 苯 对 甲 苯 硼 酸 85 Entry Time (h) Halide Boronic acid Conversion (%) 10 c 1.0 溴 苯 对 甲 苯 硼 酸 80 Table3. 使 用 改 进 条 件 合 成 反 应 结 果Entry Sub Bro(5) Prod temp.( ) sol Con(%)1 4a 5a 6a 66 MeOH 982 4a 5b 6b 66 MeOH 943 4a 5c 6c 66 MeOH 964 4b 5a 6d 66 MeOH 975 4b 5b 6e 66 MeOH 936 4b 5c 6f 66 MeOH 96Synthesis， 2006， No.1， 123-127. 晶 体 结 构 3 二 茂 铁 联 芳 基 衍 生 物 非 线 性 光 学 性 研 究 初 探 Figure 1. UV-visible absorption spectra of 3c in Various Solvents.(hexane, Et2O, THF, CH2Cl2 , acetone, DMF, EtOH) hexane, Et2O, THF, CH2Cl2 , acetone, DMF, EtOH hexane Et2O THF CH2Cl2 DMF EtOH3a 300nm480nm 308nm494nm 314nm502nm 308nm508nm 324nm512nm 322nm514nm3b 318nm480nm 322nm494nm 326nm496nm 326nm510nm 330nm502nm 332nm514nm3c 330nm484nm 334nm498nm 338nm492nm 342nm510nm 342nm514nm 342nm516nm3d 316nm478nm 318nm492nm 324nm494nm 326nm512nm 324nm504nm 332nm514nm3e 298nm488nm 302nm496nm 306nm500nm 300nm512nm 318nm510nm 320nm516nm3f 298nm 490nm 298nm496nm 306nm502nm 310nm516nm 322nm514nm 324nm522nm3g 298nm486nm 298nm494nm 312nm498nm 308nm508nm 320nm512nm 322nm518nm Table 1. UV Spectra data of 3a-3g in Various Solvents. 紫 外 光 谱 表 明 : 该 类 化 合 物 在 极 性 溶 剂 和 非 极 性 溶 剂 中 的 紫外 吸 收 存 在 明 显 差 异 , 同 一 化 合 物 的 最 大 差 值 (在乙 醇 和 正 己 烷 中 )对 480nm 附 近 吸 收 峰 为2836nm ,对 300nm附 近 吸 收 峰 为 12nm26nm. 以 上 数 据 表 明 : 1. 在 该 类 化 合 物 中 , 前 线 轨 道 中 电 子 是 (部分 )离 域 的 ; 2. 溶 剂 极 化 性 表 明 , 该 类 化 合 物 有 可 能 存 在较 大 二 次 谐 波 产 生 系 数 .（ SHG） 正 在 进 行 中 的 部 分 研 究Fc O ArAr= CHO, , FF, FF F, F F FeFc = The end