碳偶聯(lián)催化劑問(wèn)鼎諾貝爾獎(jiǎng)

今年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的3位化學(xué)家是Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki和Richard Heck, 他們發(fā)現(xiàn)了用來(lái)捆綁不同分子中碳原子的結(jié)催化劑.這種分子裁減能力催生了先進(jìn)技術(shù)的整個(gè)行業(yè),使得合成任何物質(zhì)包括抗癌藥物、農(nóng)藥殺蟲(chóng)劑以及先進(jìn)的電子顯示器和電腦芯片成為可能.

這些應(yīng)用的核心是由碳原子組成的有機(jī)分子.碳是有機(jī)化學(xué)和生命的核心,由于碳能夠和它相鄰的原子聯(lián)接從而形成大量形狀各異的分子鏈或者分子環(huán),就像木材幾乎能夠被訂制成所設(shè)計(jì)的任何房屋一樣.為了構(gòu)建合成分子,化學(xué)家們不斷地探索如何將不同分子上的碳原子聯(lián)接起來(lái).問(wèn)題是,在大多數(shù)有機(jī)分子中,碳原子寧愿待在它們?cè)摯牡胤?不愿意與其他相鄰原子發(fā)生反應(yīng).早在 20世紀(jì)初,德國(guó)化學(xué)家發(fā)明了將金屬原子與碳原子聯(lián)接的方法,這樣使得碳原子更活躍,能夠與其相鄰原子鍵合.但是這樣的反應(yīng)不是特異性的,其產(chǎn)物除了包括目標(biāo)分子外,更多的活性碳原子會(huì)與其周?chē)娜魏翁荚酉噫I合,產(chǎn)生各種需要被去除的副產(chǎn)物.

20世紀(jì)60年代后期,Heck與美國(guó)特拉華威爾明化學(xué)合成公司,在紐瓦克特拉華大學(xué),他發(fā)現(xiàn)能夠?qū)λ腈I合的碳原子進(jìn)行裁剪.早期的1個(gè)例子是：Heck第1次將1個(gè)溴原子和苯分子6個(gè)碳原子中的1個(gè)進(jìn)行鍵合.這樣對(duì)碳原子的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了微小的修飾將其與目標(biāo)原子進(jìn)行結(jié)合.他將含 2個(gè)碳原子的烯烴和鈀加入反應(yīng)溶液中,鈀馬上和溴標(biāo)記的苯和烯烴上的碳原子進(jìn)行鍵合,使 2個(gè)碳原子之間的距離足夠近從而形成碳電子對(duì).通過(guò)這樣的方法,他們合成了苯乙烯——合成聚苯乙烯塑料的單體.反應(yīng)分子將溴消去到了溶液中,將鈀轉(zhuǎn)入了另一個(gè)鏈接.20世紀(jì)70年代后期,在印第安西拉菲特普渡大學(xué)度過(guò)了大部分職業(yè)生涯的日本人Negishi和日本札幌北海道大學(xué)的Suzuki,對(duì)該過(guò)程進(jìn)行了修飾,加入了不同的示蹤原子和金屬對(duì)反應(yīng)進(jìn)行裁剪從面制備其他有機(jī)化合物.

劉 芳 譯自《Science》, October 15: 308-309 (2010)