碳偶聯催化劑問鼎諾貝爾獎

碳偶聯催化劑問鼎諾貝爾獎

今年獲得諾貝爾化學獎的3位化學家是Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki和Richard Heck, 他們發現了用來捆綁不同分子中碳原子的結催化劑.這種分子裁減能力催生了先進技術的整個行業,使得合成任何物質包括抗癌藥物、農藥殺蟲劑以及先進的電子顯示器和電腦芯片成為可能.

這些應用的核心是由碳原子組成的有機分子.碳是有機化學和生命的核心,由于碳能夠和它相鄰的原子聯接從而形成大量形狀各異的分子鏈或者分子環,就像木材幾乎能夠被訂制成所設計的任何房屋一樣.為了構建合成分子,化學家們不斷地探索如何將不同分子上的碳原子聯接起來.問題是,在大多數有機分子中,碳原子寧愿待在它們該待的地方,不愿意與其他相鄰原子發生反應.早在 20世紀初,德國化學家發明了將金屬原子與碳原子聯接的方法,這樣使得碳原子更活躍,能夠與其相鄰原子鍵合.但是這樣的反應不是特異性的,其產物除了包括目標分子外,更多的活性碳原子會與其周圍的任何碳原子相鍵合,產生各種需要被去除的副產物.

20世紀60年代后期,Heck與美國特拉華威爾明化學合成公司,在紐瓦克特拉華大學,他發現能夠對他想鍵合的碳原子進行裁剪.早期的1個例子是：Heck第1次將1個溴原子和苯分子6個碳原子中的1個進行鍵合.這樣對碳原子的電子結構進行了微小的修飾將其與目標原子進行結合.他將含 2個碳原子的烯烴和鈀加入反應溶液中,鈀馬上和溴標記的苯和烯烴上的碳原子進行鍵合,使 2個碳原子之間的距離足夠近從而形成碳電子對.通過這樣的方法,他們合成了苯乙烯——合成聚苯乙烯塑料的單體.反應分子將溴消去到了溶液中,將鈀轉入了另一個鏈接.20世紀70年代后期,在印第安西拉菲特普渡大學度過了大部分職業生涯的日本人Negishi和日本札幌北海道大學的Suzuki,對該過程進行了修飾,加入了不同的示蹤原子和金屬對反應進行裁剪從面制備其他有機化合物.

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