這是一篇關(guān)于自偶聯(lián)的文章，分離表征了一些重要的中間體，非常值得一看,如果你打開了，希望可以看完，一定會(huì)對(duì)此反應(yīng)有新的認(rèn)識(shí)，尤其是里面一些實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
交叉偶聯(lián)可以通過Pd催化的suzuki反應(yīng)合成，而對(duì)稱的聯(lián)苯可以通過兩分子親電試劑在還原劑存在下進(jìn)行還原偶聯(lián)，或者通過兩分子親核試劑在氧化劑存在下進(jìn)行氧化偶聯(lián)得到。
自偶聯(lián)產(chǎn)物經(jīng)常在suzuki偶聯(lián)里面被發(fā)現(xiàn)，有部分文獻(xiàn)也把自偶聯(lián)作為主要產(chǎn)物來研究，首先是1996年的Moreno-Ma?as小組的研究。另外該氧化偶聯(lián)也可以被氧化劑（Cu(NO3)2）加速, 2003年Yoshida小組報(bào)道了硼酸酯的自偶聯(lián)，但是關(guān)于自偶聯(lián)的機(jī)理仍然研究的比較少。之前Moreno-Ma?as推測(cè)苯硼酸對(duì)Pd進(jìn)行氧化加成，但是作者對(duì)于此實(shí)驗(yàn)的嘗試，在沒有氧氣存在下經(jīng)常失敗，而該反應(yīng)可以在（η2-O2）PdL2(L = PPh3) 催化下進(jìn)行（該催化劑通過Pd0L4與氧氣反應(yīng)合成）。Sheldonand Kochi預(yù)測(cè)了Ar2PdL2可以來源于兩分子苯硼酸的對(duì)(HO)Pd（OOH）L2(通過（η2-O2）PdL2和水反應(yīng)生成)的兩次轉(zhuǎn)金屬生成。相反的，Yoshida小組預(yù)測(cè)了ArB(OR)2對(duì)（η2-O2）Pd（dppp）的轉(zhuǎn)金屬生成ArPd-[OOB(OR)2](dppp)中間體，緊接著另一份子的ArB(OR)2轉(zhuǎn)金屬生成Ar2Pd（dppp）,再還原消除得到產(chǎn)物。在這篇文獻(xiàn)，作者對(duì)機(jī)理進(jìn)行了驗(yàn)證，分離和表征了一些關(guān)鍵中間體，提供了一些有力的證據(jù)。
首先是關(guān)于有效催化劑的推測(cè)。已知Pd(PPh3)4可以和氧氣生成（η2-O2）Pd（PPh3）2(4), 其中經(jīng)過Pd（PPh3）2中間態(tài)。該催化劑可以被分離出來，是一種穩(wěn)定的綠色化合物。緊接著考察此催化劑對(duì)于自偶聯(lián)反應(yīng)的催化效果，使用20%催化劑，分別拿到59%（2a）和40%（2b）收率，同時(shí)伴隨著一些苯酚的生成。由于1c在CHCl3中溶解度很差，沒有產(chǎn)物生成，但是換成DMF以后就可以進(jìn)行。由此可見，（η2-O2）Pd（PPh3）2是該反應(yīng)的有效催化劑。
重復(fù)之前的Pd(PPh3)4和苯硼酸的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，沒有任何產(chǎn)物生成。當(dāng)通入氧氣以后，1H-NMR出現(xiàn)了新的峰，在5.9-6.6之間，不是硼酸，聯(lián)苯或者酚的峰。表征為芳基Pd物種，與報(bào)道的trans-ArPdX(PPh3)2 (X I, Br, Cl)相似。
于是調(diào)研（η2-O2）Pd（PPh3）2 (4)催化的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)與前面描述相同的峰出現(xiàn)了。化合物4的P峰（3.2 ppm in CDCl3, 33.4 in DMF）也消失了，出現(xiàn)了一個(gè)新的單峰，該化合物表征為trans-PhPd(OH)(PPh3)2 (5b),通過1H, 31P NMR，ESI MS與報(bào)道過的進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證。5b之前有Grushin 和Alper報(bào)道可以通過trans-[PhPd(μ-OH)(PPh3)]2和10eq PPh3 (Scheme 7)合成，也可以通過trans-PhPdI(PPh3)2和n-Bu4NOH合成。
當(dāng)加入0.5eq的硼酸到化合物4的氯仿溶液中，通過P譜對(duì)反應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)了兩個(gè)等大小的雙重峰，說明有新的化合物6生成。
1H-NMR顯示，在這個(gè)時(shí)候，沒有化合物5，聯(lián)苯，酚生成。有新的化合物6生成。當(dāng)加入過量的硼酸以后，此新峰消失了，出現(xiàn)了化合物5的峰，化合物6可能是生成5的一個(gè)中間體。當(dāng)苯硼酸當(dāng)量不足的時(shí)候，可以觀察到6的峰，如果要轉(zhuǎn)化成5，那么需要過量的苯硼酸。
6的結(jié)構(gòu)通過動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)以及DFT計(jì)算進(jìn)行確定。
動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)通過電化學(xué)方式進(jìn)行研究，研究表明該反應(yīng)對(duì)于化合物4是一級(jí)關(guān)系，對(duì)于苯硼酸是二級(jí)關(guān)系（+2）
生成6和7的過程中都是用到了苯硼酸?；衔?通過A或者B兩種路徑，轉(zhuǎn)化為trans-5， 其中的水可能是來源于boroxine的生成（從苯硼酸合成）。在苯硼酸轉(zhuǎn)金屬之前，化合物4必須先被另一份子的苯硼酸活化。在過量苯硼酸存在的條件下，6的生成很快，并且處于平衡，繼而轉(zhuǎn)化成cis-7.
最后是對(duì)于第二分子苯硼酸轉(zhuǎn)金屬的研究。在生成trans-5b以后，繼續(xù)加入1.5eq的4-CN苯硼酸，核磁進(jìn)行監(jiān)測(cè)。確實(shí)驗(yàn)證了之前Aliprantis 和Canary報(bào)道的通過ESI MS監(jiān)測(cè)到的ArPdAr’(PPh3)2.
當(dāng)使用1a或者1b的時(shí)候，并沒有生成8ba或者8ab，因?yàn)橹虚g體很快就還原消除，拿到聯(lián)苯，所以并不能積聚此中間體。氰基取代以后，還原消除的速度變慢了。
由于轉(zhuǎn)金屬和還原消除可能是連續(xù)進(jìn)行，所以速率和機(jī)理細(xì)節(jié)沒有辦法研究。根據(jù)之前Miyaura的模型，預(yù)測(cè)如下：
經(jīng)過這幾個(gè)中間體的表征，最終提出機(jī)理如下:
零價(jià)Pd(0)先被氧化成化合物4， 4被一份子苯硼酸活化生成6，進(jìn)而另一份子苯硼酸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)金屬生活曾cis-7，在水的作用下，生成化合物5，trans-5才是活性成分，緊接著另一份子苯硼酸轉(zhuǎn)金屬，得到中間體8，進(jìn)而還原消除拿到產(chǎn)物聯(lián)苯，并且零價(jià)Pd再生。
最后轉(zhuǎn)金屬這一步，在高濃度的苯硼酸條件下，可能5的異構(gòu)速率相對(duì)轉(zhuǎn)金屬速率，要慢的多，可能只有cis-5這種異構(gòu)體存在?；蛟S，也有可能更快的路徑，直接從cis-7直接轉(zhuǎn)換成中間體8.
在研究的過程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)了關(guān)于苯酚的一些細(xì)節(jié)
1：苯酚伴隨聯(lián)苯生成
2：苯酚不是從化合物6生成
3：苯酚不是從化合物5生成
4：往苯硼酸里面通入氧氣三天，都沒有苯酚生成。
之前研究表明苯酚可以通過過氧化氫和苯硼酸反應(yīng)生成。當(dāng)往苯硼酸里面加入H2O2的時(shí)候，確實(shí)有苯酚生成。這表明在Pd催化自偶聯(lián)的過程中，有H2O2生成。H2O2可能是通過HOOB(OH)2的水解生成的。
思考與學(xué)習(xí)
1：學(xué)習(xí)了機(jī)理，通過了解其中的幾個(gè)中間體，明確了氧氣的作用是生成了活性催化劑4
2：當(dāng)量的控制對(duì)于機(jī)理研究有很好的作用，文中硼酸當(dāng)量的控制加入，明白了各個(gè)環(huán)節(jié)中苯硼酸的作用。
3：機(jī)理的研究，可以結(jié)合各種檢測(cè)手段，H,P譜或者M(jìn)S，越多的手段，有可能可以提供更多的數(shù)據(jù)和線索。
4.苯酚的生成時(shí)通過苯硼酸被H2O2氧化
原始文獻(xiàn)：JACS, 2006, 128, 6829
公眾號(hào)：有機(jī)合成交流（搜索：everyday-oc）
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