芳胺是化學中的基礎產物和合成砌塊,在藥物化學和農藥學中顯得尤為重要。傳統的合成方法是經歷硝化,還原,活化芳烴底物的親核取代步驟,或銅催化的芳胺與芳烴鹵代物的Ullmann反應。這些方法的缺點非常明顯,包括有限的底物范圍和較差的官能團兼容性。銅催化的Ullmann需要當量級別的銅催化劑,往往需要很高的溫度。最近幾年發展的Chan-Lam反應以及來自中科院上海有機所的馬大為研究員在降低催化劑用量和降低反應溫度等方面做出了突出的貢獻。鈀催化的Buchwald-Hartwig偶聯極大地改變了這一方向,目前已經成為構建C-N鍵的基礎方法。

這個反應最早可以追溯到1983年,Migita報道的鈀催化芳基溴代物與錫酰胺的偶聯反應。1994年,兩個獨立的報道出現,Hartwig團隊研究了該反應的中間體和催化物種,Buchwald團隊報道了避免分離錫酰胺的改進方法。一年后,也就是1995年,兩個團隊獨立報道了可以被稱為現在C-N鍵構建反應典型的鈀催化,大位阻鍵參與的偶聯反應,開創了先河。

目前該類反應的機理使用的是Hartwig早期建議的機理,也是目前公認的反應機理,氧化加成,底物配位,脫質子和還原消除步驟。

經過二十幾年的發展,該類反應的機理研究的已經比較透徹,并出現了一些標準的反應配體,如Hartwig發展的CyPF-t-Bu 配體,Buchwald發展的BrettPhos和RuPhos配體,目前這兩個配體也被認為是高效的配體,當然也是商品化的試劑。除此之外,BippyPhos和氮雜環卡賓iPrHCl配體使用也非常廣泛,并且也可以直接買到。目前該類反應的底物已經可以做的很廣,并且催化劑用量可以降到百萬分之幾的級別。

當然評價一個反應的指標不僅僅是在小量上面,工業化生產或放大生產是一個硬指標,可喜的是目前該類反應在工業上已經可以做到公斤級別的規模,實用性不言而喻。



盡管該方法已經成熟地被用于構建各種C-N鍵,對它的效率和底物范圍的改進從未停止過。AstraZeneca報道了非常有意思的流體反應器,可連續進行生產。最近 Buchwald團隊報道使用DBU做鍵,在室溫下進行高效的偶聯反應。同時,隨著光化學的不斷發展,科學家們將該技術與鈀催化偶聯相結合,也可允許反應在室溫下高效進行。此外,電化學與膠囊技術也被用于該反應,均取得了不錯的結果。總之發展還在繼續。


26年前,Buchwald-Hartwig革新了C-N的構建技術,目前已經發展成為該領域的最常用方法。該方法目前已經發展有機合成的主要工具之一,和鈀催化的其它反應如Suzuki等處于同一水準。不僅在學術上,在工業上應用同樣顯著。(參考文獻:OPRD, 2019, DOI:10.1021/acs.oprd.9b00161)







