Heck reaction AKA Mizoroki-Heck reaction

赫克反應(yīng)是在鈀催化劑（或納米鈀催化劑）和強(qiáng)堿作用下，由不飽和鹵代物（或三氟甲磺酸酯）與烯烴發(fā)生的取代反應(yīng)?？梢詫懽魅缦滦问剑?/p>

該反應(yīng)由Tsutomu Mizoroki和Richard F. Heck發(fā)現(xiàn)并命名。其發(fā)現(xiàn)者之一R.F.Heck因此反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)與Ei-ichi Negishi和Akira Suzuki共享了2010年的諾貝爾化學(xué)獎。

Heck reaction是發(fā)現(xiàn)遵從Pd(0)/Pd(II)催化循環(huán)的第一個碳碳鍵形成的反應(yīng)，同樣機(jī)理的還有Pd(0)催化的碳碳鍵交叉偶聯(lián)反應(yīng)。此反應(yīng)之所以重要，就是因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了sp2雜化下的C-H鍵與C-X鍵的取代反應(yīng)，而且還具有很高的trans選擇性。

研究表明，Heck反應(yīng)的機(jī)理有一定的規(guī)律，通常認(rèn)為反應(yīng)共分四步：（a）氧化加成（Oxidative addition）: RX (R為烯基或芳基，X=I > TfO > Br >> Cl)與Pd0L2的加成，形成PdⅡ配合物中間體；（b）配位插入 （Cordination-insertion）:烯鍵插入Pd-R鍵的過程； （c）β-H的消除； （d）催化劑的再生：加堿催化使重新得到Pd0L2。

機(jī)理可表示如下：

對于Heck反應(yīng)，最初的催化劑用的是Pd鹽，比如氯化鈀、乙酸鈀等。后來又出現(xiàn)了非Pd催化劑，比如銅、鐵、鎳等催化劑。我們重點(diǎn)了解一下鈀催化劑。Pd催化劑能有效催化Heck反應(yīng)，但它們難以從反應(yīng)體系中分離和回收再利用，而且在反應(yīng)過程中易生成鈀黑，不但使催化劑的活性降低，而且會污染反應(yīng)產(chǎn)物。所謂負(fù)載型Pd催化劑，是指將貴金屬Pd負(fù)載于無機(jī)或有機(jī)材料上，不僅可以保持其催化活性，還有利于反應(yīng)后的分離和回收，此外，負(fù)載材料的空間效應(yīng)還能影響產(chǎn)物的構(gòu)型。

Seckin等研制了以聚酰亞胺作載體的催化劑，并測試了其在苯乙烯與鹵代芳烴反應(yīng)中的催化效果。結(jié)果表明，該催化劑與苯基膦類催化劑相比，價格低廉，反應(yīng)速率高，在空氣中穩(wěn)定，能大規(guī)模應(yīng)用。

Datta等對油溶性聚-4甲基苯乙烯極性溴化、膦化，該聚合物與Pd配位后能高效催化Heck反應(yīng)，并且由于膦含富電子基團(tuán)，該配合物在空氣中很穩(wěn)定。該催化劑可以用納米濾膜過濾，但由于Heck反應(yīng)用的是極性疏質(zhì)子溶劑，會對濾膜造成破壞，因而限制了該方法的應(yīng)用。

Bigi等人研制了能有效催化Heck反應(yīng)的Pd/SiO2催化體系。乙酸鈀與SiO2、硫脲形成的衍生物作用，形成的催化劑并不穩(wěn)定。經(jīng)過煅燒，該催化劑變得穩(wěn)定，但其活性嚴(yán)重依賴于煅燒溫度。研究發(fā)現(xiàn)，這種依賴性應(yīng)該是負(fù)載材料的表面結(jié)構(gòu)所引起的。

Dahan等人在聚苯乙烯與膦鈀復(fù)合物之間加了一層樹枝狀的結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)，樹枝層數(shù)越多，空間越大，催化效果也越好。對于某些反應(yīng)，該催化劑甚至能將產(chǎn)率提高的100%

端基烯烴與鹵代芳香烴發(fā)生分子間Heck反應(yīng)，是研究最早的一類反應(yīng)。這類反應(yīng)已經(jīng)成為芳烴烷基化重要反應(yīng)。

該類反應(yīng)在鹵代物中，鹵素的β位的碳原子上不能有SP3雜化的氫原子。主要是因?yàn)檫@類鹵代物形成烷基鈀絡(luò)合物時，氫化鈀的消除反應(yīng)速度大于烯烴的加成反應(yīng)，因此僅有消除產(chǎn)物。鹵代芳烴、鹵代雜環(huán)、鹵化芐、鹵代乙烯等都能較好的反應(yīng)。但其他一些鹵素的β位的碳原子上沒有SP3雜化的氫原子存在的化合物由于種種原因也不能正常反應(yīng)，例如：鹵代甲烷、鹵代乙酸乙酯、苯甲酰甲基溴等。該類反應(yīng)常用碘代物和溴代物為反應(yīng)底物，碘代物相對溴代物反應(yīng)活性要高。氯代物反應(yīng)活性很差（幾乎不反應(yīng)或者收率很低）。

決定烯烴活性的主要因素是烯烴雙鍵碳原子取代基的大小和數(shù)目。一般情況下，取代基越大，數(shù)目越多，反應(yīng)速度越小，收率越低。當(dāng)一些烯烴反應(yīng)活性較差時，通?？梢缘玫禁u化物二聚的副產(chǎn)物。一般說來，共軛二烯和α, β-不飽和羰基化合物的活性高于立體相似的單烯化合物。例如鹵代烯烴與丙烯酸的反應(yīng)速度遠(yuǎn)大于丙烯腈，而丙烯腈的活性又高于丙烯縮醛。

在大多數(shù)情況下，Pd-H的消除符合Curtin-Hammett動力學(xué)控制規(guī)則，即過渡態(tài)的能量反應(yīng)了順反異構(gòu)體的比例。一般情況下，除非R特別?。ㄈ?–CN）,反式異構(gòu)體是主要產(chǎn)物（上文已提到的trans選擇性）。其選擇性甚至超過Wittig-Horner反應(yīng)（見下圖）。但由于存在異構(gòu)化，熱力學(xué)控制時常常產(chǎn)生二者的混合物，從而導(dǎo)致例外的情況出現(xiàn)。

而烯丙基醇與鹵代化合物發(fā)生分子間Heck反應(yīng)，通過一系列消去-加成過渡態(tài)，可以得到羰基化合物。

目前，我們應(yīng)用該反應(yīng)最多的是芳基鹵代物和α, β-不飽和羰基化合物之間的偶聯(lián)反應(yīng)，通過催化劑、配體的選擇及反應(yīng)條件的優(yōu)化，一般都能以合適的收率得到Trans偶聯(lián)產(chǎn)物。

 應(yīng)用

Mori 和 Ban于1977年首次報道了分子內(nèi)的Heck反應(yīng)。

該類反應(yīng)主要用于生成環(huán)外雙鍵。環(huán)外雙鍵是合成上一大難題，該反應(yīng)成功的應(yīng)用具有重大意義。目前已有合成的報道。

1989年，Overman及其工作組首先利用Heck 反應(yīng)合成了手性季碳原子。

（未完待續(xù)）