烯烴復(fù)分解反應(yīng)催化劑與其應(yīng)用簡介PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1交換交換 位置位置+cat.H3CHHHHCMMCCCH3HHHHH3CHMCMCCCH3HH3CHHH3CCH3H3CHHHHHH“舞伴交換舞伴交換”第1頁/共34頁 合成出實(shí)用的合成出實(shí)用的金屬卡賓催化劑金屬卡賓催化劑烯烴復(fù)分解烯烴復(fù)分解反應(yīng)的意義反應(yīng)的意義催化劑演變、催化劑演變、存在問題及展望存在問題及展望應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例提出反應(yīng)機(jī)理提出反應(yīng)機(jī)理05 Nobel Prize 第2頁/共34頁n烯烴復(fù)分解反應(yīng)的意義烯烴復(fù)分解反應(yīng)的意義n催化劑演變、存在問題及展望催化劑演變、存在問題及展望n應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例第3頁/共34頁n烯烴復(fù)分解反應(yīng)的意義烯烴復(fù)分解反應(yīng)的意義n催化劑演變、存在問

2、題及展望催化劑演變、存在問題及展望n應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例第4頁/共34頁烯烴復(fù)分解反應(yīng)的烯烴復(fù)分解反應(yīng)的意義意義 背景背景有機(jī)反應(yīng)本質(zhì)：有機(jī)反應(yīng)本質(zhì)：C-CC-C鍵的增減鍵的增減及相應(yīng)官能團(tuán)的修飾；及相應(yīng)官能團(tuán)的修飾；從熱力學(xué)上講前者比較困難，是合成當(dāng)中從熱力學(xué)上講前者比較困難，是合成當(dāng)中核心問題核心問題和關(guān)鍵步驟；和關(guān)鍵步驟； Aldol 縮合縮合/ /Friedek-Carfts反應(yīng)反應(yīng)/ /Grignard反應(yīng)反應(yīng) / /Wittig 反應(yīng)等反應(yīng)等 Pd/Ni催化交聯(lián)催化交聯(lián)第5頁/共34頁方法種種，各需特定條件，適用范圍窄。對(duì)一些方法種種，各需特定條件，適用范圍窄。對(duì)一些復(fù)雜天然產(chǎn)物、重要

3、藥物及重要酶抑制劑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜天然產(chǎn)物、重要藥物及重要酶抑制劑結(jié)構(gòu)的修飾改造；傳統(tǒng)構(gòu)造修飾改造；傳統(tǒng)構(gòu)造C-CC-C鍵方法頗顯蒼白無力。鍵方法頗顯蒼白無力。NNBrOONNOO+Pd(OAc)2/NEt380oC, 72 hNNRNHNClR-SnBu3NNRNHNR(Ph3P)2PdCl2DMF+BrCOOHOHPd-C/IPA/aq.Na2CO3ArB(OH)2ArCOOHOH烯烴、炔烴及金屬有機(jī)物與鹵代烴在烯烴、炔烴及金屬有機(jī)物與鹵代烴在Pd/Ni催化催化下交聯(lián)。下交聯(lián)。 M=Hg, Cu, Al, B, Sn第6頁/共34頁n打破了通常意義下碳碳雙鍵化打破了通常意義下碳碳雙鍵化學(xué)惰性難以

4、改造的固有模式，學(xué)惰性難以改造的固有模式，并且可并且可任意構(gòu)造碳碳雙鍵。任意構(gòu)造碳碳雙鍵。n是制備功能高分子材料重要方是制備功能高分子材料重要方法之一法之一。ncat.+FGFGFGFGncat.R1R2HFG+polymerizationcat.R1R2HFGFG=functional groupR1R2R3R4+cat.R1R2R3R4R1R2R3R4HHH第7頁/共34頁n烯烴復(fù)分解反應(yīng)的意義烯烴復(fù)分解反應(yīng)的意義n催化劑演變、存在問題及展望催化劑演變、存在問題及展望n應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例第8頁/共34頁n19571957年美國年美國Standard oil公司和公司和DuPont公司分別發(fā)現(xiàn)

5、了公司分別發(fā)現(xiàn)了丙烯岐化丙烯岐化反反應(yīng)應(yīng)(MoO(MoO3 3/Al/Al2 2O O3 3Al-(Al-(i i-C-C4 4H H9 9)和和降冰片烯聚合降冰片烯聚合反應(yīng)反應(yīng)(MoO(MoO3 3/Al/Al2 2O O3 3- -LiAlLiAl4 4) )；n催化劑：含催化劑：含M M、W W或或ReRe氧化物的多相催化劑；使用條件苛刻，壽命氧化物的多相催化劑；使用條件苛刻，壽命很低。很低。 對(duì)反應(yīng)本質(zhì)及催化劑作用機(jī)制缺乏正確認(rèn)識(shí)。對(duì)反應(yīng)本質(zhì)及催化劑作用機(jī)制缺乏正確認(rèn)識(shí)。第9頁/共34頁n19711971年年Yves Chauvin Yves Chauvin 創(chuàng)造性地提出創(chuàng)造性地提出金

6、屬卡賓催化的金屬四元雜環(huán)金屬卡賓催化的金屬四元雜環(huán)機(jī)理機(jī)理-烯烴分子碳碳雙鍵在金屬卡賓作用下發(fā)生斷裂重組過程烯烴分子碳碳雙鍵在金屬卡賓作用下發(fā)生斷裂重組過程。n19751975年年 SchrockSchrock、GrubbsGrubbs及及KatzKatz等人通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一機(jī)理，等人通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一機(jī)理，使真正在分子水平上研究該反應(yīng)成為了可能。使真正在分子水平上研究該反應(yīng)成為了可能。第10頁/共34頁nSchrockSchrock小組歷時(shí)十余小組歷時(shí)十余年，于年，于19901990年開發(fā)出以年開發(fā)出以為代表的為代表的SchrockSchrock均相均相 催化劑（已商品化）。催化劑（已商品

7、化）。MoNi-Pri-PrCH3CH3PhOF3CF3COF3C體系溫和,易引發(fā)活性高,但對(duì)氧氣和水敏感,底物中羥基羰基均使催化劑中毒*催化劑組分單一，便于考察催化劑結(jié)構(gòu)與其催化催化劑組分單一，便于考察催化劑結(jié)構(gòu)與其催化 活性的關(guān)系。活性的關(guān)系。*烷氧基配體對(duì)催化劑活性有著至關(guān)重要的作用。烷氧基配體對(duì)催化劑活性有著至關(guān)重要的作用。第11頁/共34頁手性催化劑手性催化劑動(dòng)力學(xué)拆分動(dòng)力學(xué)拆分手性合成手性合成 La, D. S.; Alexander, J. B.; Cefalo, D. R.; Graf, D. D.; Hoveyda, A. H.; Schrock, R. R. J. Am.

8、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, 8526-8533SchrockSchrock催化劑應(yīng)用催化劑應(yīng)用副產(chǎn)品副產(chǎn)品簡單烯烴簡單烯烴原子經(jīng)濟(jì)原子經(jīng)濟(jì)第12頁/共34頁RuPPh3PPh3ClClPhPhHHRuPCy3PCy3ClClPhHRuPCy3ClClPhHNNMesMes199219951999nGrubbsGrubbs小組于小組于19921992年報(bào)

9、道了卡賓配位釕化合物。犧牲了年報(bào)道了卡賓配位釕化合物。犧牲了部分活性，但提高了選擇性，耐氧，可在質(zhì)子溶劑中使部分活性，但提高了選擇性，耐氧，可在質(zhì)子溶劑中使用。用。n以以-PCy-PCy3 3代替代替-PPh-PPh3 3 ，活性劑選擇性均有提高，已成為評(píng)，活性劑選擇性均有提高，已成為評(píng)價(jià)其它催化劑的一種標(biāo)準(zhǔn)。價(jià)其它催化劑的一種標(biāo)準(zhǔn)。n催化劑活性與其催化劑活性與其-PCy-PCy3 3解離生成高活性單瞵解離生成高活性單瞵RuRu的解離能力的解離能力有關(guān)。以含氮雜環(huán)配體取代其中一個(gè)有關(guān)。以含氮雜環(huán)配體取代其中一個(gè)-PCy-PCy3, 3, 活性熱穩(wěn)定活性熱穩(wěn)定性均大大提高性均大大提高( (第二代

10、第二代GrubbsGrubbs催化劑催化劑) )。使用最廣泛使用最廣泛工業(yè)催化工業(yè)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, J . P.; Grubbs, R. H. Tetrahedron Lett. 1999 , 40 , 2247-2250.第13頁/共34頁SchrockSchrock和和GrubbsGrubbs催化劑優(yōu)缺點(diǎn)之比較催化劑優(yōu)缺點(diǎn)之比較nSchro

11、ckSchrock催化劑催化劑 優(yōu)點(diǎn)：活性高，底物廣（優(yōu)點(diǎn)：活性高，底物廣（空間效應(yīng)空間效應(yīng)和電子效應(yīng)和電子效應(yīng)）。）。 缺點(diǎn)：對(duì)水、氧及溶劑中痕量雜質(zhì)都很敏感，缺點(diǎn)：對(duì)水、氧及溶劑中痕量雜質(zhì)都很敏感， 不易儲(chǔ)存，底物中羥基不易儲(chǔ)存，底物中羥基/ /羰基使之中毒。羰基使之中毒。nGrubbsGrubbs催化劑催化劑 優(yōu)點(diǎn)：耐質(zhì)子，穩(wěn)定，底物更為廣泛。優(yōu)點(diǎn)：耐質(zhì)子，穩(wěn)定，底物更為廣泛。 缺點(diǎn)：底物中的氨基會(huì)使催化劑中毒缺點(diǎn)：底物中的氨基會(huì)使催化劑中毒。第14頁/共34頁RuPPClClPhHN+MeMeCl-N+MeMeCl-RuPPClClPhHN+(CH3)2Cl-N+(CH3)2Cl-Ru

12、OClClNNMesMesGrubbs催化劑的發(fā)展nHoveydaHoveyda研究開發(fā)出了氧螯合苯亞甲基研究開發(fā)出了氧螯合苯亞甲基 的的N N- -雜環(huán)卡賓釕絡(luò)合物催化劑。雜環(huán)卡賓釕絡(luò)合物催化劑。 nGrubbsGrubbs等人相繼開發(fā)出水溶性等人相繼開發(fā)出水溶性 催化劑催化劑 與水溶性產(chǎn)物分離？與水溶性產(chǎn)物分離？ 易分離易分離Cossy, J.; Bargiggia, F.; BouzBouz, S. Org. Lett. 2003, 5, 459-462.Lynn, D. M.; Kanoaka, S.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123

13、, 3187-3193.Lynn, D. M.; Mohr, B.; Grubbs, R. H.; Henling, L. M.; Day, M. W. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6601-6609.第15頁/共34頁RuPCy3ClClPhHNNMesONHOOMeOGallivan, J. P.; Jordan, J. P.; Grubbs, R. H. Tetrahedron Lett. 2005, 46, 2577-2580溶于水、甲苯、二氯甲烷等溶于水、甲苯、二氯甲烷等但不溶于乙醚但不溶于乙醚n第16頁/共34頁GrubbsGrubbs催化劑為基礎(chǔ)，催

14、化劑為基礎(chǔ)， 將將保留了保留了優(yōu)點(diǎn)。此外，優(yōu)點(diǎn)。此外，催化劑催化劑 易分離，循環(huán)使用易分離，循環(huán)使用1717次活次活性損失不多性損失不多. . RuNMesMesNClClOHONN+MePF6RuPCy3ClClOHONN+MePF6Ionic liquid-taggedYao, Q. W.; Sheets, M. J. Organomet. Chem. 2005, 690, 35773584第17頁/共34頁第18頁/共34頁第19頁/共34頁n烯烴復(fù)分解反應(yīng)的意義烯烴復(fù)分解反應(yīng)的意義n催化劑演變、存在問題及展望催化劑演變、存在問題及展望n應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例第20頁/共34頁HOOHROLa

15、bled8HOOHROLabledLabled =NO2NNOHNOHNOOHNHNSOHHNHO10% Grubbs cat. (II)CH2Cl2, reflux 大大簡化了大大簡化了合成步驟合成步驟Nussbaumer, P.; Ettmayer, P.; Carsten, P.; Rosenbeiger, D.; Hogenauer K. Chem. Commun., 2005, 50865087.是體內(nèi)合成是體內(nèi)合成鞘脂類最主要的底物，鞘脂類最主要的底物，本身也有重要的生理功本身也有重要的生理功能，可參與腫瘤侵襲、能，可參與腫瘤侵襲、熱休克反應(yīng)和遺傳毒性熱休克反應(yīng)和遺傳毒性應(yīng)激反應(yīng)等

16、。應(yīng)激反應(yīng)等。鞘胺醇鞘胺醇第21頁/共34頁nI I為為活性代謝產(chǎn)物活性代謝產(chǎn)物, ,可調(diào)節(jié)體內(nèi)鈣和磷的動(dòng)態(tài)平衡，可調(diào)節(jié)體內(nèi)鈣和磷的動(dòng)態(tài)平衡，參與細(xì)胞增殖、識(shí)別等重要功參與細(xì)胞增殖、識(shí)別等重要功能，可作為能，可作為的治療藥物。的治療藥物。nI I直接作為藥物時(shí)，有較強(qiáng)的直接作為藥物時(shí)，有較強(qiáng)的血鈣過高副作用血鈣過高副作用，對(duì)，對(duì)I I進(jìn)行適進(jìn)行適當(dāng)修飾，則可明顯改善。當(dāng)修飾，則可明顯改善。OHOHHOHOACD13561925IVitamin D3代謝代謝OHHOA13561925CH2OHCD第22頁/共34頁No reaction! Why?No reaction! Why?OHHOA13

17、561925CH2OHOHHOA13561925CH2OHGrubbs cat.第23頁/共34頁I I合成方法合成方法HOOTBSOHODCC, DMAP, CH2Cl2OOTBSOGrubbs cat.toluene, 4h80oC40-70oCOTBSOOOOTBSO2LAH,THF0-5oC,1 hOTBSHOHOCH2UV, anthracenebenzene, 0-5oCOHHOA13561925CH2OHcommercialWojtkielewicz, A.; Morzycki, J. W. Org. Lett. 2006, 8, *839-842.Ahmed, M.; Atki

18、nson, C. E.; Barrett, A. G. M.; Malagu,K.; Procopiou, P. A. Org. Lett. 2003, 5, 669-672.第24頁/共34頁Epothilone的化學(xué)合成的化學(xué)合成nEpothilone( (埃埃坡霉素坡霉素) )：微生：微生物粘細(xì)菌產(chǎn)生物粘細(xì)菌產(chǎn)生 的一新型天然的一新型天然細(xì)胞毒性化合細(xì)胞毒性化合物物 ；其抗腫瘤；其抗腫瘤機(jī)制與紫杉醇機(jī)制與紫杉醇相似，但結(jié)構(gòu)相似，但結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單相對(duì)簡單, ,水溶水溶性較好，副作性較好，副作用很小，具有用很小，具有更強(qiáng)的抑瘤作更強(qiáng)的抑瘤作用用。 SNOOOHOOHHO第25頁/共34頁SNO

19、TESISNOTESHOOOOSNOOOTESOTESOTrocOTrocTrocTrocTrocSNOOOTESOOTrocTrocSNOOOHOOHHOPd2(dba)3, CH2=CHSnBu3, PPh3, DMF, 78%EDCI, DMAP, CH2Cl2, 0 C to rt, 88%Grubbs(II) cat. (10 mol %), CH2Cl2, 35 C, 40%Zn, THF, AcOH, 70%; HF. pyr, THF, 0 C, 80%.TESOTf, 2,6-lutidine, CH2Cl2, 0 C to rt, 92%Biswas, K.; Lin, H

20、.; 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第26頁/共34頁n大大縮短了有機(jī)合成的步驟，提高了效率；大大縮短了有機(jī)合成的步驟，提高了效率；n大大豐富了有機(jī)化學(xué)家改造碳骨架的手段，甚至可大大豐富了有機(jī)化學(xué)家改造碳骨架的手段，甚至可以以“隨心所欲隨心所欲”地改造分子；地改造分子；第27頁/共34頁 “他們的成果本身非常重要

21、，更重要的是這一成果在他們的成果本身非常重要，更重要的是這一成果在生產(chǎn)生活領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用，他們的成果推生產(chǎn)生活領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用，他們的成果推動(dòng)了有機(jī)化學(xué)和高分子化學(xué)的發(fā)展，每天都惠及人動(dòng)了有機(jī)化學(xué)和高分子化學(xué)的發(fā)展，每天都惠及人類。類?！?-戴立信戴立信 院士院士第28頁/共34頁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.; Corte

22、z, 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 Scholl, 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