金属催化碳硫键生成文献综述

碳硫键的合成摘要：在学习了金属有机化学这门课程之后，我决定将对碳硫键的合成来做一个小综述作为我的课程作业。我将从金属催化硫醚，亚砜和砜的合成来做一个小总结关键词：碳硫键、金属催化、亚砜，砜。引言：碳硫键在生物大分子中很常见，甲硫氨酸和半胱氨酸含有巯基，蛋白质、生物酶、DNA中，蛋白质都是必不可少的。含硫有机物在化工、医药以及材料商都有很广泛的使用，这使得碳硫键的合成扎有机合成中占有重要的地位，Uhlenbroek早在1962年就以苯硫酚钠盐和多氯苯为原料合成得到部分二苯硫醚衍生物，但是反应产率较低且耗时较长[1]。近年来，有很多文献都报道了碳硫键的合成方法，大部分都是过渡金属的催化。然而在我们的课程学习中，却很少涉及硫化学，特别是碳硫键的合成。在这里我就简单介绍下碳硫键的合成方法。硫醚的合成：金的催化：由于巯基和过渡金属特别是金的配位作用非常的强，所以很容易造成催化剂中毒，失去催化作用，而这也是过渡金属催化生成碳硫键的一个很关键的问题。在反应（1）中，能与金发生配位的有双键、醚、和巯基。金在此还是一个很强的lewis酸，文献中也没标明该反应的产率[2]，可见产率不理想。然而对金属催化剂进行改性却可以强化催化作用，减少催化剂的中毒。在反应（2）中，相比于反应（1）催化剂的配体进行了改进，当R1为前三基团时，虽然催化量只有5%，产率依然可以达到80%—96%[3]，可见，当对催化剂进行改性，添加了不同的配体后，催化效果大增。铱催化：2011年，同济大学赵小明教授等首次采用铱催化在二氯甲烷溶液中开发出合成手性选择的碳硫键的反应[4]，产率为34%-80%，1/2=94/6,98�。他还研究了溶剂对反应的影响，发现只有在二氯甲烷溶液中才具有手性选择，而在其他如THF中就没有。铁催化：王海波等人采用铁催化，在过硫酸钠、DMSO等条件下是硫羰基和苯环发生耦合[5]，选择性好，反应温度也很温和，产率高，使用范围也还错。最重要的是铁催化剂的廉价与无毒使得该类型反应具有很大的潜力。反应的机理是：在过硫酸钾的催化下，硫生成硫自由基，在铁的配位作用下使硫和苯环上的发生耦合。钯催化：钯作为万能催化剂，在1978年，Migita首次报道用钯催化卤代芳烃和硫醇反应生成碳硫键[6]，但是该反应（5）只限于溴代芳烃，而且反应温度高，时间长。钯催化2011年，南京大学张学胜等，用三苯基膦钯为催化剂，氯代苯硫酚和氯代碘苯为底物，通过偶联反应形成了碳硫键合成几十种多氯代苯硫醚化合物[7]，该反应操作简单，反应液后处理容易，收率也大多在70%以上，是一条合成多氯代苯二苯硫醚较好的方法（反应6）钯催化碳硫键的生成最大的进步是2006年，Hartwig和他的同事在钯的存在下，用强的二齿配体生成稳定的、高催化效果的催化剂[8]，产率为70%—99%。该反应（反应7）在百万分之一的催化量下也能得到很高的产率，而且苯环上的很多官能团如：羟基、氨基、。氰基、醛基、羧基、醚等未保护依然不受影响，选择性相当之好。铜催化:对硫的芳香化反应一个很大的突破就是膦氰盐对铜催化Ullmann缩合反应的促进[9],该反应（反应11）选择性高，，但是唯一的缺陷就是需要过量使用昂贵的膦氰。关于铜催化二苯硫醚的合成，Liebeskind提出了铜催化的机理[10]，反应(9)中用的铜催化剂还起到了碱的作用。该反应反应温度很温和，接近室温，反应收率也较好。硫羰基制备苯并噻唑:在最初的苯并噻唑的金属催化合成时便是采用的铜和钯的催化。而且苯环上成环位上要有卤素原子，不管是铜还是钯催化在碱性条件下都能有很高的产率。后来发现，苯环上不需要卤素原子也能使反应很好的进行，但是要加入氧化剂[11]，如在反应（10）中，加入的氧化剂是DMSO（二甲基亚砜）。该发应的机理还在研究中，目前认为两种比较可能的时自由基原理和亲电原理。亚砜的制备： 在吧的催化与碱性条件下，亚硫酰化物经消除酯生成亚硫酰负离子，然后在于碘苯偶合成二苯亚砜[12]。运用该类反应可以用于合成具有手性的物质，广泛应用于药物的合成与手性催化剂的制备。下面这个反应最引人注意的是反应温度为室温，用的是廉价的醋酸铜，而且产物易分离，催化剂可循环。这个反应是2008年，Kantam和他的同事发现的室温下铜催化亚硫酰化合物的不对称偶联反应[13]。砜的制备：锌催化：锌催化砜的合成条件反应极其温和，在室温下反应几个钟头就能得到不错的收率[14],反应条件是25—300C，反应3—5个小时便可（反应13）。此外该文作者还做了很多不同反应原料的实验，可见该反应适用范围广，且收率都受影响小。收率都在70%左右。除了锌催化，还可以用钯催化烯烃和苯磺酰氯发生MizorokiHeck偶联反应[15]，钯插入到硫和氯之间，然后钯和双键配位，发生氯化氢消除，就生成了碳硫键。该反应条件也比较温和，只有60摄氏度，但是产率比较低，只有60%（反应）硫醇加成三键：在1992年，Ogawa首次报道了用金属催化硫醇加成炔烃，在此后，报道了一系列的过渡金属催化硫醇加成炔烃。如下面这个反应，在钯的催化下，室温下硫醇进行反式加成[16]。和钯的催化硫醇加成炔烃相比，第九族的金属催反应却朝着不同的方向进行，有两种产物，有线性产物和支链两种，如下面这个反应。但是给金属加上不同的配体，该反应的朝着某一方向进行，而且选择性很高[17]硫醇加成三键的同时，羰基的插入：在合适的反应条件下，通入一氧化碳可以在硫醇加成炔烃的时候，将羰基插入加成物中。[18,19],如下面来那两个反应，虽然反应产率不高，但是该方法可以用于合成一系列硫的衍生物。原料不仅是二硫化物，还可以是硫醇、硫酰胺、硫氰化物、硫酸酯等一系列硫化物。硫酯中双键的插入:不仅仅饱和的硫醚能对乙炔进行加成，如下反应，分子内烯硫醚也能和炔烃发生加成成环。该反应在钯的催化，甲苯溶液回流条件下发生Heck反应[20]，能得到很高的收率。这主要是三个双键能共轭，是产物稳定。如下反应，在铂（0）的催化下，硫酯加成炔烃，羰基会脱除[21]。而且是反式加成。而如果是钯催化，羰基还能保留，但是却会出现顺反异构。该反应收率高，选择性好。小结：本综述介绍了最近几年碳硫键生成的各种金属催化方法，包括：芳香硫醚、脂肪硫醚、硫醚烯、苯并噻吩、砜、亚砜，有直链的，也有成环的；又通过偶联反应制得的，也有通过加成；有贵金属钯催化、铂催化、金催化，铱催化、也有贱金属铜催化、铁催化、锌催化；催化剂有的要有特殊的配位体，有的只是简单的卤盐或是直接金属粉末。虽然硫会使金属发生中毒，但是在本文献介绍的反应却都有较高的收率，特别是偶联反应。催化剂的开发和新式反应生成碳硫键的方法还得继续，如往室温下反应、便宜的催化剂、高选择性、高产率等方面发展。参考文献：[1] Uhlenbrock,J,H.Chem.Abstr.1962,58,52995.[2] KaoriAndo.Japan,JOC.Article.2010,75,8516-8521.[3] MickaelJean,JacquesRenaultetal.TetrahedronLetters.2010,51,378-381.[4] NingGao,ShengcaiZheng,WeikangYang,andXiaomingZhao.OrganicLetters.2011,Vol.13,NO.6,1514-1516.[5] HaiboWang,LuWang,etal.ChemComm.2012,48,76-78.[6] Migita,T.Shimizu,T.etal.Chem.Soc.Jpn.1980,53,1385-1389.[7] 张学胜，石佳奇等。有机化学，2011，Vol.31,NO.7,1107-1113.[8] Fernanderz-Rodriguez,M.A.;Shen,Q.L.;Hartwig,J.F.Chem.Eur.J.2006,12,7782-7796.[9] PalomoC,OiarbideM,LopzR,TetrahedronLetters.2000,41,1283-1286.[10] SavarinC,SroglJ,LiebeskindLS.OrganicLetters.2002,4,4309-4312.[11] InamotoK,HasegawaC,HiroyaKetal.OrganicLetters,2008,10,5147-5150.[12] MaitroG,VogelS,SadaouiMetal.OrganicLetters,2007,9,5493-5496.[13] KantamML,NeelimaB,SreedharBetal.Synthicletters,2008,1455-1458.[14] K.SrinivasandP.K.Dubey,SyntheticCommunications,2011,41,1584-1592.[15] DubbakaSR,VogelP.Chem.Eur.J,2005,11,2633-2641.[16] KondohA,YorimitsuH,OshimaK.OrganicLetters,2007,131,695-696.[17] KuniyasuH,OgawaA,SatoKIetal,J.Am.Chem.Soc,114,5902-5903.[18] KuniyasuH,OgawaA,MiyazakiSetal.J.Am.Chem.Soc,1991,113,9796-9803.[19] XiaoWJ,VasapolloG,AlperH.J.Org.Chem,19978,63,2609-2612.[20] ToyofukuM,FujiwaraS,Shin-ikeTetal.J.Am.Chem.soc,2008,130,10504-10505.[21] MinamiY,KuniyasuH,MiyafujiKetal.Chem.Comm,2009,3080-3082.