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1、烯烃复分解反应催化剂及其应用简介,Seminar I,2006 04 06,复分解-metathesis,前言,交换 位置,“舞伴交换”,前言,合成出实用的金属卡宾催化剂,烯烃复分解反应的意义,催化剂演变、存在问题及展望,应用举例,提出反应机理,05 Nobel Prize,烯烃复分解反应的意义催化剂演变、存在问题及展望应用举例,烯烃复分解反应的意义催化剂演变、存在问题及展望应用举例,烯烃复分解反应的意义,背景,有机反应本质：C-C键的增减及相应官能团的修饰；从热力学上讲前者比较困难，是合成当中核心问题和关键步骤；,常规形成碳碳键的方法：Diels-Alder反应（周环加成）烯烃热聚（自由基型
2、）Aldol 缩合/Friedek-Carfts反应/Grignard反应/Wittig 反应等 Pd/Ni催化交联,方法种种，各需特定条件，适用范围窄。对一些复杂天然产物、重要药物及重要酶抑制剂结构的修饰改造；传统构造C-C键方法颇显苍白无力。,烯烃、炔烃及金属有机物与卤代烃在Pd/Ni催化下交联。M=Hg,Cu,Al,B,Sn,打破了通常意义下碳碳双键化学惰性难以改造的固有模式，并且可任意构造碳碳双键。是制备功能高分子材料重要方法之一。,意义,烯烃复分解反应的意义催化剂演变、存在问题及展望应用举例,烯烃复分解反应问世及相关催化剂,1957年美国Standard oil公司和DuPont公司
3、分别发现了丙烯岐化反应(MoO3/Al2O3Al-(i-C4H9)和降冰片烯聚合反应(MoO3/Al2O3-LiAl4)；催化剂：含M、W或Re氧化物的多相催化剂；使用条件苛刻，寿命很低。对反应本质及催化剂作用机制缺乏正确认识。,1971年Yves Chauvin 创造性地提出金属卡宾催化的金属四元杂环机理-烯烃分子碳碳双键在金属卡宾作用下发生断裂重组过程。1975年 Schrock、Grubbs及Katz等人通过实验验证了这一机理，使真正在分子水平上研究该反应成为了可能。,第一个明确、有用的催化剂,Schrock小组历时十余年，于1990年开发出以为代表的Schrock均相 催化剂（已商品化
4、）。,*催化剂组分单一，便于考察催化剂结构与其催化 活性的关系。*烷氧基配体对催化剂活性有着至关重要的作用。,手性催化剂,动力学拆分,手性合成,La,D.S.;Alexander,J.B.;Cefalo,D.R.;Graf,D.D.;Hoveyda,A.H.;Schrock,R.R.J.Am.Chem.Soc.1998,120,9720-9721;Sattely,E.S.;Cortez,G.A.;Moebius,D.C.;Schrock,R.R.;Hoveyda A.H.J.Am.Chem.Soc,2005,127,8526-8533,Schrock催化剂应用,副产品简单烯烃原子经济,第一个具
5、有普适意义的催化剂,Grubbs小组于1992年报道了卡宾配位钌化合物。牺牲了部分活性，但提高了选择性，耐氧，可在质子溶剂中使用。以-PCy3代替-PPh3，活性剂选择性均有提高，已成为评价其它催化剂的一种标准。催化剂活性与其-PCy3解离生成高活性单瞵Ru的解离能力有关。以含氮杂环配体取代其中一个-PCy3,活性热稳定性均大大提高(第二代Grubbs催化剂)。,使用最广泛工业催化,Huang,J.;Stevens,E.D.;Nolan,S.P.;Petersen,J.L.J.Am.Chem.Soc.1999,121,2674-2678.Scholl,M.;Trnka,T.M.;Morgan,
6、J.P.;Grubbs,R.H.Tetrahedron Lett.1999,40,2247-2250.,Schrock和Grubbs催化剂优缺点之比较,Schrock催化剂 优点：活性高，底物广（空间效应和电子效应）。缺点：对水、氧及溶剂中痕量杂质都很敏感，不易储存，底物中羟基/羰基使之中毒。Grubbs催化剂 优点：耐质子，稳定，底物更为广泛。缺点：底物中的氨基会使催化剂中毒。,Grubbs催化剂的发展,Hoveyda研究开发出了氧螯合苯亚甲基 的N-杂环卡宾钌络合物催化剂。Grubbs等人相继开发出水溶性 催化剂 与水溶性产物分离？,易分离,Cossy,J.;Bargiggia,F.;Bo
7、uzBouz,S.Org.Lett.2003,5,459-462.,Lynn,D.M.;Kanoaka,S.;Grubbs,R.H.J.Am.Chem.Soc.2001,123,3187-3193.Lynn,D.M.;Mohr,B.;Grubbs,R.H.;Henling,L.M.;Day,M.W.J.Am.Chem.Soc.2000,122,6601-6609.,Gallivan,J.P.;Jordan,J.P.;Grubbs,R.H.Tetrahedron Lett.2005,46,2577-2580,溶于水、甲苯、二氯甲烷等但不溶于乙醚,n,离子液体引入,Yao,Q.W.等以Hoveyd
8、a-Grubbs催化剂为基础，将离子液体引入。保留了 原有优点。此外，催化剂 易分离，循环使用17次活性损失不多.,Yao,Q.W.;Sheets,M.J.Organomet.Chem.2005,690,35773584,复分解催化剂存在问题及展望,存在问题 底物位阻-对四取代烯烃交叉复分解反应及桶稀开环聚合不能有效实现；立体化学问题尚无普遍规律可循-催化不对称转化、产物顺反异构体的选择性控制；不耐碱-氨基、氰基易使钌催化体系中毒；工业应用尚很少。,展望 基础研究能否进一步突破，解决催化剂的 效率、选择性等方面的问题。催化剂本身改造：配体修饰 催化体系适当改变：催化剂/底物固载；助 催化剂加入
9、等。,烯烃复分解反应的意义催化剂演变、存在问题及展望应用举例,鞘胺醇（sphingoine）类似物的制备,大大简化了合成步骤,Nussbaumer,P.;Ettmayer,P.;Carsten,P.;Rosenbeiger,D.;Hogenauer K.Chem.Commun.,2005,50865087.,sphingoine是体内合成鞘脂类最主要的底物，本身也有重要的生理功能，可参与肿瘤侵袭、热休克反应和遗传毒性应激反应等。,鞘胺醇,Vitamin D3类似物合成,I为Vitamin D3活性代谢产物,可调节体内钙和磷的动态平衡，参与细胞增殖、识别等重要功能，可作为牛皮癣、白血病及肿瘤的治
10、疗药物。I直接作为药物时，有较强的血钙过高副作用，对I进行适当修饰，则可明显改善。,代谢,No reaction!Why?,I合成方法,commercial,Wojtkielewicz,A.;Morzycki,J.W.Org.Lett.2006,8,*839-842.Ahmed,M.;Atkinson,C.E.;Barrett,A.G.M.;Malagu,K.;Procopiou,P.A.Org.Lett.2003,5,669-672.,抗癌新药Epothilone的化学合成,Epothilone(埃坡霉素)：微生物粘细菌产生 的一新型天然细胞毒性化合物；其抗肿瘤机制与紫杉醇相似，但结构相对简
11、单,水溶性较好，副作用很小，具有更强的抑瘤作用。,Biswas,K.;Lin,H.;Njardarson,J.T.;Chappell,M.D.;Chou,T.C.;Guan,Y.B.;Tong,W.P.;He,L.F.;Horwitz,S.B.;Danishefsky,S.J.J.Am.Chem.Soc,2002,124,9825-9832,总结,大大缩短了有机合成的步骤，提高了效率；大大丰富了有机化学家改造碳骨架的手段，甚至可以“随心所欲”地改造分子；,“他们的成果本身非常重要，更重要的是这一成果在生产生活领域有着极其广泛的应用，他们的成果推动了有机化学和高分子化学的发展，每天都惠及人类。”
12、-戴立信 院士,参考文献,1 La,D.S.;Alexander,J.B.;Cefalo,D.R.;Graf,D.D.;Hoveyda,A.H.;Schrock,R.R.J.Am.Chem.Soc.1998,120,9720-9721.2 Sattely,E.S.;Cortez,G.A.;Moebius,D.C.;Schrock,R.R.;Hoveyda,A.H.J.Am.Chem.Soc,2005,127,8526-8533 3 Huang,J.;Stevens,E.D.;Nolan,S.P.;Petersen,J.L.J.Am.Chem.Soc.1999,121,2674-2678.4 S
13、choll,M.;Trnka,T.M.;Morgan,J.P.;Grubbs,R.H.Tetrahedron Lett.1999,40,2247-2250.5 Cossy,J.;Bargiggia,F.;BouzBouz,S.Org.Lett.2003,5,459-462.6 Lynn,D.M.;Kanoaka,S.;Grubbs,R.H.J.Am.Chem.Soc.2001,123,3187-3193.7 Lynn,D.M.;Mohr,B.;Grubbs,R.H.;Henling,L.M.;Day,M.W.J.Am.Chem.Soc.2000,122,6601-6609.,11 Galliv
14、an,J.P.;Jordan,J.P.;Grubbs,R.H.Tetrahedron Lett.2005,46,2577-2580.12 Yao,Q.W.;Sheets,M.J.Organomet.Chem.2005,690,3577358413 Nussbaumer,P.;Ettmayer,P.;Carsten,P.;Rosenbeiger,D.;Hogenauer K.Chem.Commun.,2005,50865087.14 Wojtkielewicz,A.;Morzycki,J.W.Org.Lett.2006,8,839-842.17 Ahmed,M.;Atkinson,C.E.;Barrett,A.G.M.;Malagu,K.;Procopiou,P.A.Org.Lett.2003,5,669-672.18 Biswas,K.;Lin,H.;Njardarson,J.T.;Chappell,M.D.;Chou,T.C.;Guan,Y.B.;Tong,W.P.;19 He,L.F.;Horwitz,S.B.;Danishefsky,S.J.J.Am.Chem.Soc,2002,124,9825-9832.,谢谢,
