烯烃复分解反应催化剂与其应用简介PPT学习教案

1、会计学1交换交换 位置位置+cat.H3CHHHHCMMCCCH3HHHHH3CHMCMCCCH3HH3CHHH3CCH3H3CHHHHHH“舞伴交换舞伴交换”第1页/共34页 合成出实用的合成出实用的金属卡宾催化剂金属卡宾催化剂烯烃复分解烯烃复分解反应的意义反应的意义催化剂演变、催化剂演变、存在问题及展望存在问题及展望应用举例应用举例提出反应机理提出反应机理05 Nobel Prize 第2页/共34页n烯烃复分解反应的意义烯烃复分解反应的意义n催化剂演变、存在问题及展望催化剂演变、存在问题及展望n应用举例应用举例第3页/共34页n烯烃复分解反应的意义烯烃复分解反应的意义n催化剂演变、存在问

2、题及展望催化剂演变、存在问题及展望n应用举例应用举例第4页/共34页烯烃复分解反应的烯烃复分解反应的意义意义 背景背景有机反应本质：有机反应本质：C-CC-C键的增减键的增减及相应官能团的修饰；及相应官能团的修饰；从热力学上讲前者比较困难，是合成当中从热力学上讲前者比较困难，是合成当中核心问题核心问题和关键步骤；和关键步骤； Aldol 缩合缩合/ /Friedek-Carfts反应反应/ /Grignard反应反应 / /Wittig 反应等反应等 Pd/Ni催化交联催化交联第5页/共34页方法种种，各需特定条件，适用范围窄。对一些方法种种，各需特定条件，适用范围窄。对一些复杂天然产物、重要

3、药物及重要酶抑制剂结构的复杂天然产物、重要药物及重要酶抑制剂结构的修饰改造；传统构造修饰改造；传统构造C-CC-C键方法颇显苍白无力。键方法颇显苍白无力。NNBrOONNOO+Pd(OAc)2/NEt380oC, 72 hNNRNHNClR-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烯烃、炔烃及金属有机物与卤代烃在Pd/Ni催化催化下交联。下交联。 M=Hg, Cu, Al, B, Sn第6页/共34页n打破了通常意义下碳碳双键化打破了通常意义下碳碳双键化学惰性难以

4、改造的固有模式，学惰性难以改造的固有模式，并且可并且可任意构造碳碳双键。任意构造碳碳双键。n是制备功能高分子材料重要方是制备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页/共34页n烯烃复分解反应的意义烯烃复分解反应的意义n催化剂演变、存在问题及展望催化剂演变、存在问题及展望n应用举例应用举例第8页/共34页n19571957年美国年美国Standard oil公司和公司和DuPont公司分别发现

5、了公司分别发现了丙烯岐化丙烯岐化反反应应(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应反应(MoO(MoO3 3/Al/Al2 2O O3 3- -LiAlLiAl4 4) )；n催化剂：含催化剂：含M M、W W或或ReRe氧化物的多相催化剂；使用条件苛刻，寿命氧化物的多相催化剂；使用条件苛刻，寿命很低。很低。 对反应本质及催化剂作用机制缺乏正确认识。对反应本质及催化剂作用机制缺乏正确认识。第9页/共34页n19711971年年Yves Chauvin Yves Chauvin 创造性地提出创造性地提出金

6、属卡宾催化的金属四元杂环金属卡宾催化的金属四元杂环机理机理-烯烃分子碳碳双键在金属卡宾作用下发生断裂重组过程烯烃分子碳碳双键在金属卡宾作用下发生断裂重组过程。n19751975年年 SchrockSchrock、GrubbsGrubbs及及KatzKatz等人通过实验验证了这一机理，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。使真正在分子水平上研究该反应成为了可能。第10页/共34页nSchrockSchrock小组历时十余小组历时十余年，于年，于19901990年开发出以年开发出以为代表的为代表的SchrockSchrock均相均相 催化剂（已商品化）。催化剂（已商品

7、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。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。烷氧基配体对催化剂活性有着至关重要的作用。第11页/共34页手性催化剂手性催化剂动力学拆分动力学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催化剂应用催化剂应用副产品副产品简单烯烃简单烯烃原子经济原子经济第12页/共34页RuPPh3PPh3ClClPhPhHHRuPCy3PCy3ClClPhHRuPCy3ClClPhHNNMesMes199219951999nGrubbsGrubbs小组于小组于19921992年报

9、道了卡宾配位钌化合物。牺牲了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，可在质子溶剂中使部分活性，但提高了选择性，耐氧，可在质子溶剂中使用。用。n以以-PCy-PCy3 3代替代替-PPh-PPh3 3 ，活性剂选择性均有提高，已成为评，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。价其它催化剂的一种标准。n催化剂活性与其催化剂活性与其-PCy-PCy3 3解离生成高活性单瞵解离生成高活性单瞵RuRu的解离能力的解离能力有关。以含氮杂环配体取代其中一个有关。以含氮杂环配体取代其中一个-PCy-PCy3, 3, 活性热稳定活性热稳定性均大大提高性均大大提高( (第二代

10、第二代GrubbsGrubbs催化剂催化剂) )。使用最广泛使用最广泛工业催化工业催化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. Tetrahedron Lett. 1999 , 40 , 2247-2250.第13页/共34页SchrockSchrock和和GrubbsGrubbs催化剂优缺点之比较催化剂优缺点之比较nSchro

11、ckSchrock催化剂催化剂 优点：活性高，底物广（优点：活性高，底物广（空间效应空间效应和电子效应和电子效应）。）。 缺点：对水、氧及溶剂中痕量杂质都很敏感，缺点：对水、氧及溶剂中痕量杂质都很敏感， 不易储存，底物中羟基不易储存，底物中羟基/ /羰基使之中毒。羰基使之中毒。nGrubbsGrubbs催化剂催化剂 优点：耐质子，稳定，底物更为广泛。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缺点：底物中的氨基会使催化剂中毒。第14页/共34页RuPPClClPhHN+MeMeCl-N+MeMeCl-RuPPClClPhHN+(CH3)2Cl-N+(CH3)2Cl-Ru

12、OClClNNMesMesGrubbs催化剂的发展nHoveydaHoveyda研究开发出了氧螯合苯亚甲基研究开发出了氧螯合苯亚甲基 的的N N- -杂环卡宾钌络合物催化剂。杂环卡宾钌络合物催化剂。 nGrubbsGrubbs等人相继开发出水溶性等人相继开发出水溶性 催化剂催化剂 与水溶性产物分离？与水溶性产物分离？ 易分离易分离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

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页/共34页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页/共34页GrubbsGrubbs催化剂为基础，催

14、化剂为基础， 将将保留了保留了优点。此外，优点。此外，催化剂催化剂 易分离，循环使用易分离，循环使用1717次活次活性损失不多性损失不多. . RuNMesMesNClClOHONN+MePF6RuPCy3ClClOHONN+MePF6Ionic liquid-taggedYao, Q. W.; Sheets, M. J. Organomet. Chem. 2005, 690, 35773584第17页/共34页第18页/共34页第19页/共34页n烯烃复分解反应的意义烯烃复分解反应的意义n催化剂演变、存在问题及展望催化剂演变、存在问题及展望n应用举例应用举例第20页/共34页HOOHROLa

15、bled8HOOHROLabledLabled =NO2NNOHNOHNOOHNHNSOHHNHO10% Grubbs cat. (II)CH2Cl2, reflux 大大简化了大大简化了合成步骤合成步骤Nussbaumer, P.; Ettmayer, P.; Carsten, P.; Rosenbeiger, D.; Hogenauer K. Chem. Commun., 2005, 50865087.是体内合成是体内合成鞘脂类最主要的底物，鞘脂类最主要的底物，本身也有重要的生理功本身也有重要的生理功能，可参与肿瘤侵袭、能，可参与肿瘤侵袭、热休克反应和遗传毒性热休克反应和遗传毒性应激反应等

16、。应激反应等。鞘胺醇鞘胺醇第21页/共34页nI I为为活性代谢产物活性代谢产物, ,可调节体内钙和磷的动态平衡，可调节体内钙和磷的动态平衡，参与细胞增殖、识别等重要功参与细胞增殖、识别等重要功能，可作为能，可作为的治疗药物。的治疗药物。nI I直接作为药物时，有较强的直接作为药物时，有较强的血钙过高副作用血钙过高副作用，对，对I I进行适进行适当修饰，则可明显改善。当修饰，则可明显改善。OHOHHOHOACD13561925IVitamin D3代谢代谢OHHOA13561925CH2OHCD第22页/共34页No reaction! Why?No reaction! Why?OHHOA13

17、561925CH2OHOHHOA13561925CH2OHGrubbs cat.第23页/共34页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页/共34页Epothilone的化学合成的化学合成nEpothilone( (埃埃坡霉素坡霉素) )：微生：微生物粘细菌产生物粘细菌产生 的一新型天然的一新型天然细胞毒性化合细胞毒性化合物物 ；其抗肿瘤；其抗肿瘤机制与紫杉醇机制与紫杉醇相似，但结构相似，但结构相对简单相对简单, ,水溶水溶性较好，副作性较好，副作用很小，具有用很小，具有更强的抑瘤作更强的抑瘤作用用。 SNOOOHOOHHO第25页/共34页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页/共34页n大大缩短了有机合成的步骤，提高了效率；大大缩短了有机合成的步骤，提高了效率；n大大丰富了有机化学家改造碳骨架的手段，甚至可大大丰富了有机化学家改造碳骨架的手段，甚至可以以“随心所欲随心所欲”地改造分子；地改造分子；第27页/共34页 “他们的成果本身非常重要

21、，更重要的是这一成果在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，每天都惠及人动了有机化学和高分子化学的发展，每天都惠及人类。类。” -戴立信戴立信 院士院士第28页/共34页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