烯烃复分解反应催化剂及其应用简介.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,烯烃复分解反应催化剂及其应用简介,Seminar I,2006 04 06,复分解,-,meta,thesis,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）,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,公司分别发现了,丙烯岐化,反应,(MoO,3,/Al,2,O,3,Al-(,i,-C,4,H,9,),和,降冰片烯聚合,反应,(MoO,3,/Al,2,O,3,-LiAl,4,),；,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）。,*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,-PCy,3,代替,-PPh,3,，,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,-PCy,3,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,-PCy,3,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.,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.;,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.,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,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,.,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 D,3,类似物合成,I,为,Vitamin D,3,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。,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。”,-,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 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.,J.Am.Chem.Soc.,2000,122,6601-6609.,11,Gallivan,J.P.;Jordan,J.P.;Grubbs,R.H.,Tetrahedron,Lett,.,2005,46,2577-2580.,12,Yao,Q.W.;Sheets,M.,J.,Organomet,.Chem.,2005,690,35773584,13,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,