偶联反应

烯烃复分解反应(Olefin metathesis)

  •  概要

本反应是利用催化剂金属卡宾配合物使两中不同的烯烃连接而产生新的烯烃。因为此反应是平衡反应,要控制反应条件使平衡往生成产物的方向移动(比如除掉在反应中产生的乙烯气体)。

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  • 历史由来

在1990年代, Robert H.Grubbs发现了实用性非常高的催化剂。之后烯烃复分解反应成为有机合成化学里最常用的反应之一。

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目前实验室常用的催化是通过多次的改善而得到的。下面是现今最常用的催化剂的反应实例。

中心金属是钼的催化剂称Schrock催化剂。虽然反应性比较高,但对水、质子性化合物或空气不稳定。使用Schrock催化剂时需要细心。

Ru-亚苄基型催化剂称Grubbs第一代/第二代催化剂。此催化剂对烯烃以外的化合物的反应性比较低。官能团适应性和空气的稳定性都比较高。Grubbs催化剂比Schrock催化剂的反应性要低。Grubbs催化剂不能利用在四取代烯烃的合成。

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虽然本反应分类于人名反应,但对化学各方面的影响非常大。发现该反应的Y.ChauvinR.H.GrubbsR.R.Schrock三人因其对现代有机化学的贡献,在2005年得到诺贝尔化学奖。

  • 基本文献 

<Primitive Reference>
・Calderon, N.; Chen, H. Y.; Scott, K. W. Tetrahedron Lett. 19678, 3327. DOI:10.1016/S0040-4039(01)89881-6
・Calderon, N. Acc. Chem. Res. 19725, 127. DOI: 10.1021/ar50052a002

<Recent Reviews>
・Tetrahedron Symposia: Tetrahedron 199955, 8141-8162. [link]
・Fürstner, A. Angew. Chem. Int. Ed. 200039, 3012. [Abstract]
・Trnka, T. M.; Grubbs, R. H. Acc Chem. Res. 200134, 18. DOI: 10.1021/ar000114f 
・Vernall, A. J.; Abell, A. D. Aldrichimica acta 200336, 93. [PDF]
・Connon, S. J.; Blechert, S. Angew. Chem. Int. Ed. 200342, 1900. doi:10.1002/anie.200200556
・Schrock, R. R.; Hoveyda, A. H. Angew. Chem. Int. Ed. 200342, 4592. doi:10.1002/anie.200300576
・McReynolds, M. D.; Dougherty, J. M.; Hanson, P. R. Chem. Rev. 2004104, 2239. DOI:10.1021/cr020109k
・Grubbs, R. H. Tetrahedron 200460, 7117. doi:10.1016/j.tet.2004.05.124
・Nicolaou, K. C. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 200544, 4490. DOI:10.1002/anie.200500369
・Flynn, D. L.; Hanson, P. R. et al. Aldrichimica acta 200538, 3. [PDF]
・Donohoe, T. J.; Orr, A. J.; Bingham, M. Angew. Chem. Int. Ed. 200645, 2664. doi:10.1002/anie.200503512
・Shrodi, Y.; Pederson, R. L. Aldrichimica acta 200740, 45. [PDF]
・Hoveyda, A. H.; Zhugralin, A. R. Nature 2007450, 243. doi:10.1038/nature06351

<Nobel Lectures>
・Chauvin, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 200645, 3740. doi:10.1002/anie.200601234
・Schrock, R. R. Angew. Chem. Int. Ed. 200645, 3748. doi:10.1002/anie.200600085
・Grubbs, R. H. Angew. Chem. Int. Ed. 200645, 3760. doi:10.1002/anie.200600680

 

  • 反应机理

在这里介绍的催化剂的反应机理大致相同 (Chauvin Mechanism)。

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  • 反应实例

那些在20世纪90年代开发的催化剂一直到现在都是无可比拟的,它们被广泛应用在许多研究领域中。详见参考文献。本反应。

在精密有机合成和大环化合物的合成,关环复分解反应(RCM)和大环内酯化一样,已成为最基本的合成法。

本反应的出现改变了许多原有的逆合成分析,使反应步骤简化。关环复分解反应具有大环内酯化没有的特征,以及相比串联反应,在多环化合物的合成中,是强有力的将多步反应变为一步合成的方法。

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烯烃复分解反应催化剂不光对精密合成界,还对高分子界成也有很大的影响。

利用此催化剂的高兼容性、还实现了各种多官能基高分子的合成。

此外,基于烯烃复分解反应还开发了一合成环状聚合物(Cyclic polymer)的新的高分子合成法

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Hoveyda-Grubbs型催化剂通过多次的改良、增强了反应性而且可以利用在四取代烯烃的合成。[1]

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将开环复分解反应(ROM)和双烯环丁烷转位(変形Cope转位)组合,可用于高效合成二环骨架的化合物。

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Gambierol的全合成

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高活性的不对称RCM催化剂 [2]

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有Z-选择性的烯烃复分解反应[3]

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  • 实验步骤

 

  • 实验技巧

※ All Things MetathesisGrubbs建立的复分解反应专业创业公司Materia管理的博客。此网站给我们提供各种各样的催化剂的性质、反应条件和差别等的信息。为化学发展。对咱们作有机合成的人有很大的帮助。

※虽然使用Grubbs催化剂时不用惰性气体置换、但此催化剂会和溶剂里含有的氧立刻反应而失去催化力。所以使用脱气溶剂能提高收率。

  • 参考文献
[1] Stewart,I.; Ung, T.; Pletnev, A. A.; Berlin, J. A.; Grubbs, R. H.; Schrodi, Y. Org. Lett. 20079, 1589. DOI:10.1021/ol0705144 
[2] Malcolmson, S. J.; Meek, S. J.; Sattely, E. S.; Schrock, R. R.; Hoveyda, A. H. Nature 2008, doi:10.1038/nature07594
[3] Meek, S. J.; O’Brien, R. V.; Llaveria, J.; Schrock, R. R.; Hoveyda, A. H. Nature 2011471, 461. doi:10.1038/nature09957

 

  • 相关书籍

 

  • 相关链接

Reagent of the Year 1998
The Nobel Prize in Chemistry 2005 – Animation (Nobelprize.org)
The Organometallic HyperTextBook- Olefin Metathesis
Grubbs’ Catalyst(Sigma)
Olefin Metathesis (organic-chemistry.org)
Ring Opening Metathesis (organic-chemstry.org)
Ring-Closing Metathesis (organic-chemistry.org)
Ring-Crosing Olefin Metathesis: Basic Principles (PDF)
Olefin Metathesis Polymerization
Olefin Metathesis: Big-Deal Reaction (C&EN)
Olefin Metathesis: The Early Days (C&EN)
Mechanism of Ru-Catalyzed Olefin Metathesis
Olefin Metathesis (Wikipedia)
Research Area “Olefin Metathesis” (PDF: A. Fürster’s group)
Olefin Metathesis (PDF)
Olefin metathesis and its application in organic synthesis
Olefin Metathesis Catalyst (PDF)
Career of Robert Grubbs (PDF: MacMillan’s group)
Olefin Metathesis (PDF: MacMillan’s group)
Olefin Metathesis (PDF: A. Myers’ group)
17th International Symposium on Olefin Metathesis and Related Chemistry (ISOM XVII)

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