读《金属参与的现代有机合成反应》有感

时间:2024.4.13

           读《金属参与的现代有机合成反应》有感

寒假在家里闲的无事可做,就找了一本电子书,麻生明出版的《金属参与的现代有机合成反应》,刚看到书名我就被深深吸引了,有机合成是一个很赚钱的行业,带着浓厚的兴趣我开始读这本书。

这本书共九章,从绪论到从金属有机化学基元反应出发设计新的有机合成反应。全书讲解详细,即使是有机化学基础不好也可以看懂。

一、金属有机化学简史

金属有机化学和有机金属化学是同一概念不同的说法,直译英文为有机金属化学(Journal of Organometallic Chemistry: J. Organometal. Chem.),中文习惯为金属有机化学。纵观金属有机化学发展史,其特点是——有趣又有用,有趣在于其具有多样性和意外性,因此,有人说,金属有机化学的历史是一部充满意外发现的历史。 

最早的金属有机化合物是1827年由丹麦药剂师Zeise用乙醇和氯铂酸盐反应而合成的;比俄国门捷列夫1869年提出元素周期表约早40年,与有机合成之父Wöher合成尿素几乎同一时期(1828年)。 

金属与烷基以s键直接键合的化合物是1849年由Frankland在偶然的机会中合成的(Frankland是He的发现人)。他设计的是一个获取乙基游离基的实验: 

实验中误将C4H10当成了乙基游离基;但是这却是获得二乙基锌的惊人发现。所以,人们称这个实验为“收获最多的失败”。直到1900年Grignard试剂发现前,烷基锌一直作为是重要的烷基化试剂使用。 

1890年Mond发现了羰基镍的合成方法;1900年Grignard发现了Grignard试剂(获得1912年诺贝尔化学奖)。但是,金属有机化学飞速发展的契机仍是:1951年Pauson和Miller合成著名的“夹心饼干”——二茂铁,及1953年末Ziegler领导的西德MaxPlank煤炭研究所发现的Ziegler催化剂。随后,Natta发现Natta催化剂,史合称Ziegler-Natta催化剂。Wilkison, Fischer(1973年),Ziegler, Natta(1963年)等由于这些研究获得了诺贝尔化学奖。 1950年初,是金属有机化学新纪云的开端。 

1979年研究烯烃硼氢化的H.C.Brown与有机磷Wittig反应者Wittig获得诺贝尔化学奖。Lipscomb(1976年)由于对硼烷类的缺电子键的理论研究获得了诺贝尔化学奖。 

20##年Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid, Hideki Shirakawa因Ziegler-Natta催化合成导电高分子——聚乙炔而获得诺贝尔奖。

20##年Richard F. Heck、Ei-ichi Negishi、Akira Suzuki因“有机合成中钯催化交叉偶联”的研究而获得诺贝尔奖。

Etl 与Zn粉反应式:

著名的Barbier反应:

二、 金属有机化合物

金属有机化合物(organometallic compound)是金属与有机基团以金属与碳直接成键而成的化合物 ;因而,金属与碳间有氧、硫、氮等原子相隔时,不管该金属化合物多么象有机化合物,也不能称为金属有机化合物。

即使有金属-碳键存在的化合物,有些显然属于无机物,如金属碳化物(CaC2, Mg2C3, Al4C3) (carbide)和氰化物(KCN)(cyanide).

但是,带有羰基(CO)的金属化合物显示出有机物的性质,则列入金属有机化合物; 金属氢化物属于金属有机化合物;有机膦(P-C)化合物,如PPh3,仍为准金属有机化合物.

B或Si-C化合物是金属有机化合物。周期表位于P以下的As, Sb, Bi的化合物,通常按金属有机化合物处理。含金属-氮(M-N)化合物不具有有机物性质;但是,新合成的N2配位络合物,如美国人称为“珍珠港络合物”(Pearl Harbor complex:纪念二战珍珠港事件)的CoH(N2)(PPh3)3,属于金属有机化合物(N2,CO是等电子的)类似羰基金属化合物。

电负性也用作定义标准,一般将电负性在2.0(含2.0)以下元素与C成键的化合物称为金属有机化合物。

三、金属有机化学反应的类型

配体的配位和解离、氧化加成和还原消除、插入反应和反插入反应、络合物中配体接受外来试剂的进攻、偶联反应、Heck反应。

偶联反应(英文:Coupled reaction),也作偶连反应、耦联反应、氧化偶联,是由两个有机化学单位(molecules)进行某种化学反应而得到一个有机分子的过程.这里的化学反应包括格氏试剂与亲电体的反应。

  偶联反应(Grinard),锂试剂与亲电体的反应,芳环上的亲电和亲核反应(Diazo,Addition-Elimination),还有钠存在下的Wutz反应,由于偶联反应 (Coupled Reaction)含义太宽,一般前面应该加定语.而且这是一个比较非专业化的名词. 狭义的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳-碳键生成反应,根据类型的不同,又可分为交叉偶联和自身偶联反应。进行偶联反应时,介质的酸碱性是很重要的。一般重氮盐与酚类的偶联反应,是在弱碱性介质中进行的。在此条件下,酚形成苯氧负离子,使芳环电子云密度增加,有利于偶联反应的进行。重氮盐与芳胺的偶联反应,是在中性或弱酸性介质中进行的。在此条件下,芳胺以游离胺形式存在,使芳环电子云密度增加,有利于偶联反应进行。如果溶液酸性过强,胺变成了铵盐,使芳环电子云密度降低,不利于偶联反应,如果从重氮盐的性质来看,强碱性介质会使重氮盐转变成不能进行偶联反应的其它化合物。偶氮化合物是一类有颜色的化合物,有些可直接作染料或指示剂。在有机分析中,常利用偶联反应产生的颜色来鉴定具有苯酚或芳胺结构的药物。

Heck反应是偶联反应中的一种(英文:Coupling reaction)中的一种,也作偶连反应、耦联反应、氧化偶联,是由两个有机化学单位(molecules)进行某种化学反应而得到一个有机分子的过程.这里的化学反应包括格氏试剂与亲电体的反应(Grinard),锂试剂与亲电体的反应,芳环上的亲电和亲核反应(Diazo, Addition-Elimination),还有钠存在下的Wutz反应,由于偶联反应 (Coupled Reaction)含义太宽,一般前面应该加定语.而且这是一个比较非专业化的名词. 狭义的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳-碳键生成反应,根据类型的不同,又可分为交叉偶联和自身偶联反应。进行偶联反应时,介质的酸碱性是很重要的。一般重氮盐与酚类的偶联反应,是在弱碱性介质中进行的。在此条件下,酚形成苯氧负离子,使芳环电子云密度增加,有利于偶联反应的进行。重氮盐与芳胺的偶联反应,是在中性或弱酸性介质中进行的。在此条件下,芳胺以游离胺形式存在,使芳环电子云密度增加,有利于偶联反应进行。如果溶液酸性过强,胺变成了铵盐,使芳环电子云密度降低,不利于偶联反应,如果从重氮盐的性质来看,强碱性介质会使重氮盐转变成不能进行偶联反应的其它化合物。偶氮化合物是一类有颜色的化合物,有些可直接作染料或指示剂。在有机分析中,常利用偶联反应产生的颜色来鉴定具有苯酚或芳胺结构的药物。

四、金属卡宾、卡拜

金属卡宾是指一类有机分子,其中有一个碳原子与一个金属原子以双键连接。一部份金属卡宾有催化烯烃分子的切断与重组的化学能力。可以把它们看作一对拉着双手的舞伴。在与烯烃分子相遇后,两对舞伴会暂时组合起来,手拉手跳起四人舞蹈。随后它们“交换舞伴”,组合成两个新分子,其中一个是新的烯烃分子,另一个是金属原子和它的新舞伴。后者会继续寻找下一个烯烃分子,再次“交换舞伴”。

金属卡拜是含一价碳的电中性化合物称为卡拜,卡拜是由一个碳和一个基团以共价结合形成的,碳上还有三个电子。最简单的卡拜是次甲基卡拜,次甲基卡拜很不稳定,从未分离出来,是比碳正离子,自由基,卡宾更不稳定的活性中间体。其他卡拜可以看做是取代次甲基卡拜,取代基可以是烷基、芳基、酰基、卤素等。

五、从金属有机化学基元反应出发设计新的有机合成反应

    利用这些基元反应可以定向设计、并开发预期的新药物、食品等,金属有机化学合成的确是充满意外和惊喜。随着科技的进步,人类社会发展的需要,金属有机化学反应有更好的前景。

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