烯烃复分解反应催化剂及其应用简介

烯烃复分解反应催化剂及其应用简介SeminarI20060406复分解---metathesis前言交换位置++cat.H3CHHHHC[M][M]CCCH3HHHHH3CH[M]C[M]CCCH3HH3CHHH3CCH3H3CHHHHHH“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’NobelPrize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）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。NNBrOONNOO+Pd(OAc)2/NEt380oC,72hNNRNHNClR'-SnBu3NNRNHNR'(Ph3P)2PdCl2DMF+BrCOOHOHPd-C/IPA/aq.Na2CO3ArB(OH)2ArCOOHOH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。ncat.+FGFGFGFGncat.R1R2HFG+polymerizationcat.R1R2HFGFG=functionalgroupR1R2R3R4+cat.R1R2R3R4R1R2R3R4[H]HH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Standardoil公司和DuPont公司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YvesChauvin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）。MoNi-Pri-PrCH3CH3PhOF3CF3COF3C体系温和,易引发活性高,但对氧气和水敏感,底物中羟基羰基均使催化剂中毒*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.;HoveydaA.H.J.Am.Chem.Soc,2005,127,8526-8533Schrock催化剂应用副产品简单烯烃原子经济RuPPh3PPh3ClClPhPhHHRuPCy3PCy3ClClPhHRuPCy3ClClPhHNNMesMes1992'1995'1999'第一个具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,J.P.;Grubbs,R.H.TetrahedronLett.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。RuPPClClPhHN+MeMeCl-N+MeMeCl-RuPPClClPhHN+(CH3)2Cl-N+(CH3)2Cl-RuOClClNNMesMesGrubbs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.;BouzBouz,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.RuPCy3ClClPhHNNMesONHOOMeOGallivan,J.P.;Jordan,J.P.;Grubbs,R.H.TetrahedronLett.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Hoveyda-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.RuNMesMesNClClOHONN+MePF6RuPCy3ClClOHONN+MePF6Ionicliquid-taggedYao,Q.W.;Sheets,M.J.Organomet.Chem.2005,690,3577–3584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HOOHROLabled8HOOHROLabledLabled=NO2NNOHNOHNOOHNHNSOHHNHO10%Grubbscat.(II)CH2Cl2,reflux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.;HogenauerK.Chem.Commun.,2005,5086–5087.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VitaminD3类似物合成I为VitaminD3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。OHOHHOHOACD13561925IVitaminD3代谢OHHOA13561925CH2OHCDNoreaction!Why?OHHOA13561925CH2OHOHHOA13561925CH2OHGrubbscat.I合成方法HOOTBSOHODCC,DMAP,CH2Cl2OOTBSOGrubbscat.toluene,4h80oC40-70oCOTBSOOOOTBSO2LAH,THF0-5oC,1hOTBSHOHOCH2UV,anthracenebenzene,0-5oCOHHOA13561925CH2OHcommercialWojtkielewicz,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，但结构相对简单,水溶性较好，副作用很小，具有更强的抑瘤作用。SNOOOHOOHHOSNOTESISNOTESHOOOOSNOOOTESOTESOTrocOTrocTrocTrocTrocSNOOOTESOOTrocTrocSNOOOHOOHHOPd2(dba)3,CH2=CHSnBu3,PPh3,DMF,78%EDCI,DMAP,CH2Cl2,0°Ctort,88%Grubbs(II)cat.(10mol%),CH2Cl2,35°C,40%Zn,THF,AcOH,70%;HF.pyr,THF,0°C,80%.TESOTf,2,6-lutidine,CH2Cl2,0°Ctort,92%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。”-------戴立信院士参考文献1La,D.S.;Alexander,J.B.;Cefalo,D.R.;Graf,D.D.;Hoveyda,A.H.;Schrock,R.R.J.Am.Chem.Soc.1998,120,9720-9721.2Sattely,E.S.;Cortez,G.A.;Moebius,D.C.;Schrock,R.R.;Hoveyda,A.H.J.Am.Chem.Soc,2005,127,8526-85333Huang,J.;Stevens,E.D.;Nolan,S.P.;Petersen,J.L.J.Am.Chem.Soc.1999,121,2674-2678.4Scholl,M.;Trnka,T.M.;Morgan,J.P.;Grubbs,R.H.TetrahedronLett.1999,40,2247-2250.5Cossy,J.;Bargiggia,F.;BouzBouz,S.Org.Lett.2003,5,459-462.6Lynn,D.M.;Kanoaka,S.;Grubbs,R.H.J.Am.Chem.Soc.2001,123,3187-3193.7Lynn,D.M.;Mohr,B.;Grubbs,R.H.;Henling,L.M.;Day,M.W.J.Am.Chem.Soc.2000,122,6601-660