高分子化学Supplement2008Click.ppt
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1、Prof.K.B.Sharpless,Prof.M.G.FinnDepartment of ChemistryThe Scripps Research Institute10550 North Torrey Pines RoadLa Jolla,CA 92037(USA)Fax:(+1)858-784-7562E-mail:sharplesscripps.edu Dr.H.C.KolbVice President of ChemistryCoelacanth CorporationEast Windsor,NJ 08520(USA)K.B.SharplessM.G.FinnH.C.Kolb K
2、.Barry Sharpless and his coworkers have discovered and developed many widely used catalytic oxidation processes,including the first general methods for stereoselective oxidation-the Sharpless reactions for asymmetric epoxidation,dihydroxylation,and aminohydroxylation of olefins.His mentors at Dartmo
3、uth College(BA in 1963),Stanford University(PhD in 1968 and postdoctoral research),and Harvard University(further postdoctoral research)were Prof.T.A.Spencer,Prof.E.E.van Tamelen,Prof.J.P.Collman,and Prof.K.Bloch,respectively.Before 1990,when he became W.M.Keck Professor of Chemistry at The Scripps
4、Research Institute,Prof.Sharpless was a member of faculty at the Massachusetts Institute of Technology(1970-77,1980-90)and Stanford University(1977-80).Prof.Sharplesss honors include the Chemical Sciences Award of the National Academy of Sciences(of which he is a member),the Roger Adams and Arthur C
5、.Cope Awards from the American Chemical Society,the Tetrahedron Award,the King Faisal Prize,the Prelog Medal,the Wolf Prize,and honorary doctorates from five American and European universities.The Sharpless research group continues to search for new homogeneous oxidation catalysts and for transition
6、 metal catalyzed asymmetric processes.M.G.Finn received his PhD degree from the Massachusetts Institute of Technology,working with Prof.K.B.Sharpless.This was followed by an NIH postdoctoral fellowship with Prof.J.P.Collman at Stanford University.He joined the faculty of the University of Virginia i
7、n 1988,and moved to his present position on the faculty of the Department of Chemistry and The Skaggs Institute for Chemical Biology at The Scripps Research Institute in 1998.His group has studied the reactivity of Fischer carbene complexes,metal-substituted phosphorus ylides,and a variety of transi
8、tion metal catalyzed processes.His current interests include methods for combinatorial catalyst discovery and the use of viruses as molecular building blocks.Hartmuth Kolb received his PhD in synthetic organic chemistry under the supervision of Prof.S.V.Ley at Imperial College in London.After two ye
9、ars of postdoctoral study with Prof.K.B.Sharpless at The Scripps Research Institute,he joined the Central Research Laboratories of Ciba Geigy in Basel.Four years later,he moved to Princeton,New Jersey,to join the Coelacanth Corporation,a high-performance chemistry company founded by K.B.Sharpless an
10、d A.Bader.Currently,he is Vice President of Chemistry at the Coelacanth Corporation.His research interests include natural product and carbohydrate synthesis,investigation of reaction mechanisms,molecular modeling,medicinal chemistry,process chemistry,and combinatorial chemistry.链接化学链接化学少数优异的反应少数优异的
11、反应 功能的多样性功能的多样性 2001年由年由Sharpless、Finn、Kolb提出。提出。目目的的在在于于开开辟辟一一整整套套以以含含杂杂原原子子链链接接单单元元CXC为为基基础础的的组组合合化化学学新新方方法法,用用少少量量简简单单可可靠靠和和高高选选择择性性的的化化学学反反应应获获得得更更广广泛泛的的分分子子多多样样性性,开开创创快快速速、有有效效、甚甚至至是是100%可可靠靠的的、高高选选择择性性地地发发现现和制造各类新化合物的合成化学新领域。和制造各类新化合物的合成化学新领域。目目前前,链链接接化化学学已已在在化化合合物物库库的的合合成成,特特别别是是药药物物先先导导的的发发现
12、现和和优优化化中中显显示示出出重重要要的的作作用用,受受到到人人们们的广泛关注。的广泛关注。合合成成工工作作最最基基本本和和最最持持久久的的目目标标不不是是新新的的化化合合物的生产,而是性能的生产。物的生产,而是性能的生产。George S.Hammond 源起源起 自然界的化学:醇醛化学自然界的化学:醇醛化学 过程化学过程化学 自自然然界界中中分分子子结结构构 显显著著的的成成键键选选择择性性:C杂杂原原子子键键优优先先于于CC键键的的形形成成,因因此此给给出出二二氧氧化化碳碳是是自自然然界界的的原原始始材材料料以以及及大大部部分分反反应应可可以以在在水水中中进进行行也也都都不不足足为为奇奇
13、。核核酸酸、蛋蛋白白质质、多多糖糖都都是是一一些些小小的的亚亚单单元由元由C杂原子键链接起来的缩聚产物。杂原子键链接起来的缩聚产物。由由生生命命体体产产生生的的分分子子总总是是吸吸引引和和激激励励着着合合成成化化学学家家。随随着着合合成成技技巧巧和和工工具具的的不不断断先先进进,人人们们的的兴兴趣趣目目标标又又转转向向越越来来越越复复杂杂的的天天然然产产物物,不不计计代代价价和和精精力力地地合合成成甚甚至至微微量量的的特特殊殊分分子子,合合成成的的目目标标化化合合物物也也越越来来越具有挑战性。越具有挑战性。地地球球上上的的生生命命体体最最基基本本的的要要求求是是:在在有有水水环环境境中中构构筑
14、筑CC键键。羰羰基基(醇醇醛醛)化化学学是是自自然然界界CC键键形形成成的的原原始始驱驱动动力力,在在水水中中,亲亲电电试试剂剂和和亲亲核核试试剂剂可可以以共共存存,由由于于醇醇醛醛化化学学是是可可逆逆的的,水水还还因因此此提提供供了了质质子子穿梭于其间的完美的环境。穿梭于其间的完美的环境。与与药药物物化化学学工工业业对对应应的的石石油油化化工工,派派生生了了纤纤维、树脂、塑料等等。维、树脂、塑料等等。石石油油化化学学家家的的起起始始原原料料是是古古老老的的有有机机体体的的C基基合合成成物物赋赋予予的的礼礼物物,以以化化石石类类的的形形式式留留存存了了CO2基基础础的的光光合合作作用用储储存存
15、的的能能量量,和和数数不不清清的的CC键键组组成成的的物物质质。石石油油工工业业基基于于CC键键、CH键键为为代代价价进进行行各各种种裂裂解解、重重生生转转化化成成新新的的CC键键化化合合物物,犹犹如如以以少少量量的的单单体体在在选选择择性性催催化化剂剂驱驱动动下下变变成成无无数数有有用用的的材材料料。所所以以,石石油油产产品品的的制制造造过过程程是是模模块块式式的的、超超有有效效的的合合成成策策略略完完成成的的,也也使使得得将将饱饱和和CH化化合合物物转转化化为为烯烯烃烃等等不不饱饱和和化化合合物物的的努力显得似乎是无足轻重的。努力显得似乎是无足轻重的。一一般般来来说说,生生命命科科学学和和
16、石石油油化化学学已已揭揭示示了了具具有有不不同同功功能能/性性质质的的物物质质的的相相同同的的合合成成策策略略:在在选选择择性性催催化化剂剂控控制制下下,合合成成单单体体的的模模块块化化集集成成。一一依依赖赖于于可可逆逆的的羰羰基基化化学学、一一依依赖赖于于不不可可逆逆的的烯烯烃烃化化学,但这两种方法的核心不应该混淆。学,但这两种方法的核心不应该混淆。模模块块化化的的烯烯烃烃为为基基的的路路径径被被石石油油化化学学家家所所接接受受了了,也也应应该该是是有有机机化化学学家家接接受受的的模模式式,对对天天然然产物模块化的羰基为基础的合成路径的研究产物模块化的羰基为基础的合成路径的研究 想法与概念想
17、法与概念:按按照照自自然然界界的的法法则则,人人类类也也可可以以使使小小的的单单元元通通过过杂杂原原子子的的连连接接CXC产产生生另另外外的的新新的的物质物质。即即新新方方法法的的目目标标是是:开开发发一一系系列列强强力力有有效效的的、选选择择性性的的、温温和和的的、既既能能实实验验室室应应用用又又能能大大规规模模应应用用的的“反反应应板板块块”,这这种种基基础础的的方方法法可可命命名名为为“链链接接化化学学”。当当然然,对对反反应应的的选选择择要有严格的标准,才能满足合成的需要。要有严格的标准,才能满足合成的需要。链接化学的基本标准:链接化学的基本标准:链链接接反反应应必必须须是是模模块块化
18、化、应应用用范范围围宽宽、高高产产率率和和立立体体选选择择性性的的,通通常常还还具具有有较较高高的的热热力力学学驱驱动动力力,使使反反应应迅迅速速,并并得得到到单单一一产产物物。这这类类反反应应可可称称之之为为“spring-loaded”自发式反应。自发式反应。链链接接反反应应过过程程应应是是简简单单的的反反应应条条件件(理理想想的的,过过程程应应该该对对氧氧气气和和水水不不敏敏感感)、易易于于获获得得的的起起始始原原料料和和试试剂剂、不不使使用用溶溶剂剂或或者者使使用用环环境境友友好好的的(如如水水)和和易易于于除除去去的的溶溶剂剂、产产物物分分离离简简单单、如如果果需需要要纯纯化化必必须
19、须是是非非色色谱谱分分离离方方法法(即即只只能能使使用用结结晶晶、蒸蒸馏馏等等简简单单提提纯纯手段、在通常条件行产物必须是稳定的。手段、在通常条件行产物必须是稳定的。能能形形成成C杂杂原原子子键键的的有有机机反反应应有有许许多多常常见见的的实例,如:实例,如:*不不饱饱和和化化合合物物的的环环加加成成化化学学,尤尤其其是是1,3-偶偶极环加成、极环加成、Diels Alder加成加成 *亲亲核核取取代代化化学学,张张力力杂杂环环亲亲电电试试剂剂(如如环环氧氧环、氮丙啶、氮丙啶季胺盐、环硫环)环、氮丙啶、氮丙啶季胺盐、环硫环)*非非醇醇醛醛型型羰羰基基化化学学,如如形形成成尿尿素素、硫硫脲脲、芳
20、芳香杂环、肟醚、腙、酰胺等的反应香杂环、肟醚、腙、酰胺等的反应 *CC多多键键上上的的加加成成化化学学,如如氧氧化化至至环环氧氧化化合合物物、氢氢化化、氮氮丙丙啶啶化化、亲亲核核试试剂剂NuH的的Michael加成加成 常用链接化学的反应类型常用链接化学的反应类型:是是单单纯纯的的融融合合过过程程,即即反反应应物物组组成成等等于于生生成成物物组组成成。可可分分成成两两类类:质质子子可可以以往往返返穿穿梭梭的的(如如环环氧氧环环的的开开环环反反应应)和和无无-键键参参与与的的(如如环环加加成成)最最实实用用最最可可靠靠的的是是Huisgen偶偶极极环环加加成成反反应应。前前者者在在水水溶溶液液中
21、中动动力力学学上上更更为为有有利利,后后者者对对溶溶剂剂没没有有依依赖赖性性且且完完全全满足链接化学的要求。满足链接化学的要求。1、碳碳多键的加成反应、碳碳多键的加成反应 2、张力环的亲核开环反应、张力环的亲核开环反应 3、环加成反应、环加成反应 1、碳碳多键的加成反应、碳碳多键的加成反应 烯烯烃烃在在锇锇催催化化下下的的氨氨基基羟羟基基化化和和二二羟羟基基化化的的反反应应中中表表现现出出独独特特的的活活性性,仅仅用用等等量量的的卤卤代代氨氨盐盐,就就能能在在室室温温下下进进行行快快速速和和几几乎乎定定量量的的氨氨基基羟羟基基化化反反应应,,-不饱和酸和胺有更高的反应活性。不饱和酸和胺有更高的
22、反应活性。2、张力环的亲核开环反应、张力环的亲核开环反应 高高能能化化合合物物,如如环环氧氧衍衍生生物物、氮氮杂杂环环丙丙烷烷、环环状状硫硫酸酸酯酯、环环状状硫硫酰酰胺胺、吖吖丙丙啶啶鎓鎓离离子子、环环硫硫鎓鎓离离子子等等,其其SN2开开环环反反应应是是可可靠靠的的、立立体体专专一一的的和和几几乎乎定定量量的的,有有很很高高的的区区域域选选择择性性。如如顺顺环环己己二二烯烯的的双双环环氧氧化化物物与与胺胺的的反反应应,在在无无溶溶剂剂的的情情况况下下,生生成成氨氨基基醇醇;在在质质子子性性溶溶剂剂中中,生生成成区区域域异异构构体体,产产物物可可通通过重结晶分离过重结晶分离3、环加成反应、环加成
23、反应 链链接接化化学学的的思思想想在在杂杂原原子子参参与与的的环环加加成成反反应应中中得得到到充充分分的的体体现现,这这些些模模块块化化(modular)融融合合(fusion)的的过过程程把把两两个个不不饱饱和和反反应应物物结结合合起起来来,生生成成许许多多有有趣趣的五元杂环和六元杂环。的五元杂环和六元杂环。叠叠氮氮化化物物和和炔炔的的Huisgen 1,3-偶偶极极环环加加成成在在芳芳香香和和非非芳芳香香五五元元1,2,3-三三唑唑杂杂环环合合成成中中的的重重要要性性引引起起人人们们广广泛泛关关注注。该该反反应应有有以以下下特特点点:(1)室室温温下下反反进进行行得得很很慢慢;(2)反反应
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