钯催化的反应总结

钯催化的反应总结 第一篇

在国际商品市场中，贵金属交易主要包括四个品种：金、银、铂、钯。前面三种大家一定都不陌生，但对于钯也许未必听说过。恰恰这种在日常生活中知名度很低的贵金属，近十年来价格涨幅高居榜首，远超过我们所熟知的黄金和白银。十多年前，钯的价格还不及铂价格的一半，但目前每盎司（oz）钯的价格已接近黄金的倍，铂的两倍。

钯是什么呢？王叔和生物医药（武汉）有限公司作为专业从事钯催化研究的头部研发企业（典型化合物如氟唑菌酰胺、联苯双酯、联苯吡菌胺等），结合自身经验和网络资料整理一些相关资料，供各位同仁参考。

钯元素位于第五周期第Ⅷ族，元素符号Pd，处在现代元素周期表的中心位置。它和周期表附近区域的钌（Ru）、铱（Ir）、铑（Rh）、锇（Os）和铂（Pt）的性质很接近。铂是其中储量相对较多、最先被发现的元素，所以它们一起被称为“铂族元素”。钯的发现也与铂矿石的研究有着密切的联系。

钯具有密度大、熔点高、不易氧化等一些铂族元素共有的特点，因此首先受到珠宝商的青睐，并被称为“钯金”。用钯金打造的首饰和金、铂制品一样令人赏心悦目，而且历久如新，具有收藏价值。然而，钯的重要性在初期并没有得到充分体现。即使早早被推上了货架，沃拉斯顿当年从矿石中提取的钯，直到他去世时也才卖出了不到五%，沃拉斯顿从这一发现中获利的愿望落空了。

沃拉斯顿相关信息拓展：

一八世纪与一九世纪之交，元素学说在欧洲已经被普遍接受。新大陆的发现、新矿石的开采，以及化学分析技术的进步，共同催生了一个元素大发现的时期。

铂就是在这一时期被发现的，它稀有而贵重，但因为硬度高而难以被铸造加工。为了拓展铂的商业应用，英国人威廉·海德·沃拉斯顿（William Hyde Wollaston）和史密森·特南特（Smithson Tennant）在一个投资项目中开展合作。这两个人都是出色的化学家，他们不仅成功找到一种将铂加工成型的方法，而且还在之后的几年时间里，几乎平分了铂矿石中其他未知元素的发现。

一八零二年，沃拉斯顿在研究铂矿石的过程中，仔细检查已经提取过铂的王水（一种盐酸和硝酸的浓溶液）残留液，并在溶液中发现了一种未知的金属元素。最初，沃拉斯顿在自己的实验记录中称这种新元素为“C”。“C”代表 “ Ceresium”，这是一个一八零一年刚发现的小行星的名字（中文名：谷神星）。

然而，就在一八零二年三月，又有一个被称为Pallas的小行星（智神星）被发现，Pallas一词来自希腊神话中掌管智慧的女神。沃拉斯顿在得知这一发现后，也与时俱进，改称新元素为Palladium。有趣的是，被沃拉斯顿弃之不用的Ceresium，很快就被瑞典科学家用于命名一种新发现的稀土元素——铈（Cerium） 。由此可见，二零零多年前的科学家中不乏“追星一族”，当时天文学的发现对整个科学界有着巨大的影响。

一八零三年，伦敦的很多科学家收到了一份神秘的广告宣传单。宣传单中称 “钯”为“新银”（new silver），是一种新的贵金属，并列举了钯的一些物理化学性质。宣传单并没有提到谁是钯的发现者，而只是指明Forster先生是独家销售代理。一份钯样品的价钱，约是当时同等黄金价格的六倍。

策划这波神秘宣传的人正是沃拉斯顿。他经过一番计算，发现这种新发现的钯元素在铂矿石中的含量很少，这意味着它很可能比铂更为稀有和贵重。于是，沃拉斯顿动起了小心思。他一方面不希望因公开实验细节而很快引来竞争者，另一方面又急于表明自己发现了一种新元素。总之，在一番纠结之后，沃拉斯顿没有遵从常规的学术交流方式，而是先将这种陌生的金属作为新奇物品出售了。

这种高价出售神秘金属的做法，很快引起大家关注，这其中就包括化学家理查德·谢纳维克斯（RichardChenevix）。他怀疑这是一场骗局，于是就从Forster的商铺购买了不少样品，并对这种金属进行了仔细研究。尽管他发现样品的性质很符合宣传单中的描述，却仍然固执的认为这是一种是汞和铂的合金，只是他始终无法证明样品中存在铂和汞。

人们在对这种新奇金属的疑惑中度过了一年，直到一八零四年才弄清真相。这一年， 沃拉斯顿在铂矿石中又提取到一种新元素——铑（Rhodium）。几乎在同一时期，他的合作伙伴特南特在致英国皇家学院的信中公开了铱（Iridium）和锇（Osmium）的发现，这是在铂矿石不溶于王水的残渣中提取到的两种新元素。

或许是受到特南特的影响，沃拉斯顿一改先前的遮遮掩掩，很快在学术刊物Philosophical Transactions上发表了铑的发现，其中还顺便提及了钯的由来。之后又过了一年，沃拉斯顿才在另一篇学术论文中明确透露自己是钯的发现者，并对金属钯的特性进行了全面而令人信服的描述。

根据目前美国地质勘探局的统计报告，全世界铂族金属总储量估计只有一一万吨，其中钯占约三五%，平均地壳含量不足 ppm（一 ppm = 一 mg/kg），比黄金还稀有。而且钯的分布非常不均，世界四分之三的储量集中在南非、俄罗斯和北美等少数地区。

钯具有密度大、熔点高、不易氧化等一些铂族元素共有的特点，因此首先受到珠宝商的青睐，并被称为“钯金”。用钯金打造的首饰和金、铂制品一样令人赏心悦目，而且历久如新，具有收藏价值。然而，钯的重要性在初期并没有得到充分体现。即使早早被推上了货架，沃拉斯顿当年从矿石中提取的钯，直到他去世时也才卖出了不到五%，沃拉斯顿从这一发现中获利的愿望落空了。

钯不受重用的状态在二战结束后，有了很大改观。伴随二战后欧洲重建工作，人们对于塑料和精细化工品的需求呈现爆炸式增长。德国化学家Walter Hafner起初希望借助含钯催化剂从乙烯合成环氧乙烷，却意外得到了另一种重要的化工原料乙醛，后来这一方法实现了商业化生产，并被称为瓦克尔法（Wacker process）。自此，钯作为催化剂开始在有机合成反应中崭露头角。

为制造复杂的有机分子，人们常需要通过化学反应将不同分子中的碳原子连接在一起。但是在有机分子中碳原子与相邻原子之间的化学键往往非常稳定，不易与其他分子发生反应。用钯作为催化剂则可以解决这个问题。钯原子就像“媒人”一样，把不同的碳原子吸引到自己身边，使碳原子之间的距离变得很近，容易结合。这种结合在有机化学中常被称为“碳-碳偶联反应”。

熟悉高等有机化学的人可以轻松举出不少钯催化的有机合成人名反应，很多有机合成大师也都是使用钯催化剂的高手。其中，理查德·赫克（Richard F． Heck）、根岸英一（Ei-ichi Negishi）和铃木章（Suzuki Akira）三人还因对“有机合成中的钯催化交叉偶联反应”作出的突出贡献，荣获二零一零年诺贝尔化学奖。

钯在有机合成以及生物医药中的应用日益广泛，但由于这些应用往往只需要毫克量级的钯元素，并非大宗商品，所以还不足以解释它近年来价格的飞涨。

现代生活中，钯最大的用途是在汽车工业。汽车底盘的排气管路中有一个非常重要也非常昂贵的器官——三元催化器。它可以利用废气中残余的氧气和排气温度，使发动机排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等有害物质，转化成几乎无害的二氧化碳、水和氮气。

钯催化的反应总结 第二篇

三. 二氯双（三苯基膦）钯 Bis(triphenylphosphine)palladium(II) dichloride／PdCl二(PPp)二

四.（一,一'-双（二苯基膦）二茂铁）二氯化钯）[一,一′-Bis(diphenylphosphino)ferrocene]dichloropalladium(II)／Pd(dppf)Cl二

钯金属催化－番外：

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最后献上机理，last but not least. 下面是一个general的Pd催化方程式和钯催化的循环（Catalytic cycle／触媒サイクル）一开始是氧化加成，到转移金属化，最后是重排和还原消除。

钯催化循环机理多数相似，例如二零一零年诺奖的文件中写到的那两个：

钯催化的反应总结 第三篇

对于钯的研究热潮可以分为三个部分：

一九六八年的时候，Heck（致天国的Heck）第一个发现了钯可以用于催化偶联反应。他在二零零六年发了篇Synlett，详细讲述了他的心路历程（Synlett 二零零六(一八): 二八五五-二八六零)。他把醋酸苯基汞，四氯钯酸锂丢在乙腈里面搅，通入乙烯，零℃下很快就得到产物了。这个反应报道后，很多研究团队相继报道了用四氯钯酸锂催化的烯烃偶联反应，但是汞都是必不可少的，我们知道汞的毒性是很大的，于是Mizoroki和Heck等相继发展了无需汞的二价钯催化的偶联反应。也就是后来所称的Mizoroki–Heck reaction，但是更多人喜欢简单的叫Heck reaction，亦就是大名鼎鼎的赫克偶联了，在随后的几十年内，无数的科学家前赴后继努力，纷纷证明了这个反应的普适性和重要性。

到了七零年代中期，科学家逐渐发现钯比铜、镍在催化偶联反应方面更具有优势，在Heck反应刚出现的时候，人们认为铜是专攻三键的，钯是专攻双键的，随着研究的深入，人们发现钯啥都能搞定，简直是个妖艳贱货，而且具有更高的选择性，而著名的Sonogashira反应也是在这一阶段发现的。

一九七九年，Suzuki报道了零价钯配合物催化下，芳基或烯基硼酸或硼酸酯与氯、溴、碘代芳烃或烯烃发生交叉偶联（Suzuki-Miyaura反应）。

以上三位，就是二零一零年因为发现钯催化交叉偶联反应而获得诺贝尔奖的Heck，Negishi和Suzuki三位，他们奠定了钯在有机合成领域难以动摇的地位和作用。

同一时期比较重要的钯催化偶联反应还包括一九七八年的Stille Reaction（有机锡化合物和不含β-氢的卤代烃在钯催化下发生的交叉偶连）、一九八八年的Hiyama Reaction（钯催化的芳基、烯基、烷基卤化物或拟卤与有机硅烷之间的交叉偶联）、一九九三年的Miyaura Borylation（钯催化硼烷化反应）、一九九五年的Buchwald–Hartwig Coupling（钯催化和碱存在下胺与芳卤的交叉偶联）等，可谓是百家争鸣、百花齐放。

第三波热潮主要是新配体和新反应类型的引入。严格地说，其实第三波的钯催化主要是对现有反应类型，也就是上面说的几个人名反应的补充研究，但是依然不能低估这些工作的重要性，钯催化的深度和广度在这一时期得到了飞速的发展，无数新的定位基，官能团，底物，配体都被一一发现，同时应用于天然产物全合成（参见P. Baran的C–H functionalization logic in total synthesisw，Chem. Soc. Rev., 二零一一, 四零, 一九七六–一九九一）和大规模工业化生产（参见氯沙坦钾、圆皮海绵内酯、格列卫等药的生产）也使得钯催化的意义不仅仅停留在纸面上，而进一步投入到了国民生产和建设社会主义这种利国利民的伟大事业中去了。

作为能够改善反应条件，优化金属有机催化剂性质的重要物质，配体在过渡金属催化体系中一向占有非常重要的位置，在钯催化研究的早期，便宜易得的三苯基膦是最常用的配体，随着研究的深入，研究人员逐渐发现配体对于催化循环具有重要的影响，同时配体也成为公认的最重要的需要详细调查的变量之一。事实上早在一九七九年，Kumada就发现在以他的名字命名的Corriu–Kumada reaction（烷卤或者芳卤在钯催化下和格式试剂偶联）中用DPPF代替三苯基膦，效果非常好。双齿配体在这里促进了催化循环中的还原消除步骤，从而加速了反应速率。

在随后的几年中，对配体进行深入研究的影响远非仅仅体现在Kumada偶联这一个人名反应中，许多复杂高效的双齿配体（P-P、P-C、P-N、P-O）都被一一发现。不过一开始大家研究的都是芳基磷配体的位阻效应.

在八十年代早期，Heck就发现了位阻比三苯基膦大的三邻甲苯基膦和钯的配合物活性更高（Org. React. 一九八二, 二七, 三四五 – 三九零.）。

随后Spencer也发现了醋酸钯和三邻甲苯基膦配合效果更好，不过他认为这不能仅仅归结于键位阻的作用。

同一年，Osborn发现三环己基膦在羰基化反应中是一个良好的配体，并且他意识到只有当配体具有强碱性 (pKa>)，并且具有良好的空间体积（锥角>一六零度）时，才具有显著地催化活性（Angew. Chem. Int. Ed. Engl. _, 二八, 一三八六 –一三八八.），这也给后来的化学家们指明了膦的电子性质也对催化活性至关重要。

在同一时期Milstein在羰基化氯苯时采用了富电子的双齿配体一,三-双(二苯膦基)丙烷（ J. Am. Chem. Soc. _, 一一一, 八七四二 – 八七四四），随后的配体研究进入了一段风起云涌的时代，以前不能用于偶联反应的底物在配体的帮助下被一一攻克。

这里需要着重提一下Gregory C. Fu，他在一九九八年的独立工作（Angew. Chem. Int. Ed. 一九九八, 三七, 三三八七 – 三三八八）重新点燃了学界和工业界对于钯配体的研究热度，配体的研究在过去十年中迅速增长， Fu可以说在其中发挥了重要的作用。二零零零年他报道了P(t-Bu)三和P(Cy)三两种不同的配体去催化Suzuki–Miyaura couplings，可以选择性的分别和卤苯或者对三氟甲磺酸苯进行偶联，这项开创性工作告诉人们，钯催化的化学选择性是可以通过配体调节的。

二零零一年，Fu又发现在P(Cy)三配体作用下卤代烷与烷基或乙烯基有机硼可以偶联，这又使得Suzuki偶联向前迈进了一大步。

二零零二年，Fu采用了位阻和电子性质介于P(t-Bu)三和P(Cy)三之间的P(tBu)二Me，解决了烷基钯催化循环中间竞争性的β氢消除这一巨大难题。

同时期还有一些值得注意的配体还包括正丁基二(一-金刚烷基)膦(cataCXium)、Buchwald的联苯类配体、Hatwig的一,二,三,四,五-戊苯基-一′-(二叔丁基磷基)二茂铁（Q-Phos）等等。