我想说,化学淹没在自己的光辉中的确是个问题。化学太不张扬,而它造成的环境
污染等又却太嚣张,看到大大的烟囱冒着黑烟,听说起酸雨的危害很多人都会对化学这
个学科没有好感吧。而近些年生物,经济,IT的蓬勃发展让很多人都认为化学已经是个
夕阳学科,已经不值得学习。的确,化学不是那种显而易见的“高雅”,“时尚”,“
钱途无量”的学科,但是我想说一句,化学尚未入门的人,不能正确的作出评价。更过
分的某些学化学的学生。如果你不喜欢化学,希望你可以通过自己的努力,去改学你喜
欢的其它学科,要么就埋下头扎实的从头学起;最反感的就是自己不想办法,然后天天
抱怨是化学这个学科,是化学学院这个学院误了你的前程。一个人被耽误,如果不是极
端情况自己的因素肯定大于环境因素。
这里我们一起简单的见证一下近几十年有机化学中最辉煌的一些成就。这些成就对
我们的影响同样深远,只不过,不大可能如同我们说起DNA双螺旋,Internet,博弈论,
基因工程那样几乎路人皆知。任何学科,只要你努力奋斗,你都有希望名、利、内心的
成就感一起获得,这也许就是有人撰文说科学工作者是最幸福的人的原因。
在这里,把这个简介分为两个片断。一个是特殊试剂按照反应当量使用的;一个是
特殊试剂按照催化量使用的。它们在作用方式上的确也有这样的区别。
金属有机试剂最有名的自然是格氏试剂。学习过有机化学的人肯定知道,镁屑,卤
代烃在干燥的醚中反应就可以得到它。它可以在众多的反应中用到。每个杂原子的化学
都是一本厚厚的书,也许穷我们一生的精力都无法完全了解。格利雅获得诺贝尔奖。
杂原子试剂中最有名的应该是Wittig试剂。用三苯基膦和卤代烃反应,然后消去卤
化氢就得到了它。在复杂化合物中制备双键并没有太多好方法,因为太多其它的官能团
让有些方法无法使用,比如卤化-强碱消除等等。Wittig试剂可以把羰基转化为双键。
这个试剂也导致了一个诺贝尔奖。Wittig试剂的麻烦是三苯氧膦造成的后处理麻烦以及
原子经济性不高。其它磷化合物,含磷的配体是均相催化中的必备良药,有机磷是一大
类杀虫剂。
硼烷,硼氢化钠,9-BBN都不是很陌生的名词了。 硼氢化-氧化是个经典的生成醇
的反应;硼氢化钠对于羰基化合物的还原,还有9-BBN的高选择性也是常规反应。因为对
硼烷性质的研究,和硼烷中的化学键的特殊性,颁发了诺贝尔奖。
硅化合物,也许硅胶的名字更响亮点。硅烷,硅氢化-氧化,硅烷做为还原剂是一个
经常用到的反应。硅橡胶,硅油,TMS都是一些特殊用途的材料。硅氧键对于酸的不稳定
性广泛用于羟基的保护,TMS,TBS,TIPS,TBDMS这几个都是在长路线合成中经常用于保护
羟基的基团。在不同的时候根据它们的微小差别使用。
类似格氏试剂的其它碳负离子试剂,比如烷基铜锂,烷基锌,烷基钠等等,它们各自
存在选择性和活性的不同,通常根据需要使用。至于丁基锂,LDA这几个家伙,倒经常是
用来夺取活性氢的,不是用来进行常规碳负离子反应的。
还有其它元素的某些化合物用于有机反应。铝的化合物,三氯化铝,DIBAL-H,RED-Al
,异丙醇铝都是重要试剂,用于傅氏反应和基团还原。有机硫,磺酸是重要的酸性催化
剂,也经常做为重要的离去基团,例如Ts,Tf。硫叶立德,类似Wittig试剂结构的一个化
合物,和羰基可以得到环氧化合物。硫醇,硫醚也经常用到,硫醚的Raney nickel氢化
消去在某些全合成例子中见到。I2可用于双键氧化得到临位为碘的环酯,HIO4是个常规
试剂。Pb(OAc)4可用于氧化。SeO2可以氧化烯丙位的氢,可以氧化羰基的a-氢。在E.J.
Corey的全合成中经常用到这些试剂。有机锡也经常用于还原。镧系元素也有涉足,锕
系,算了,怕放射性。
下面是金属有机催化反应了。金属有机催化多半用于均相催化,或者固载的非均相
催化,所以这里不谈多相催化用到的分子筛等等东西。如果没有金属有机催化,我们今天
就有很多产品不能买到。自从发现PtCl2可以和乙烯形成络合物开始,种种金属催化反应
被发现。它们也可以称为配位催化。
1962年的诺贝尔奖给了金属有机催化的成就。新的催化剂能制造出新性能的聚乙烯。
不再是以前的自由基引发的聚合,而是和钛配位,然后插入。
整个不对称催化除了少数基于氢键的小分子催化等,其它基本都是配位催化。金属有
机催化可以有很多奇特的难以想象的反应。如果说氢化还过于简单的话,有些反应可以一
步就作出很复杂的化合物。过渡金属可以插入碳氢键,碳卤键等等,然后进行一系列复杂
反应。我们正在做的一个反应可以把一个1,n烯炔插入一氧化碳,成为一个双环的羰基化
合物,这些不用过渡金属几乎是不可想象的。
用于催化的过渡金属最多的是轻铂系元素,Ru,Rh,Pd,然后是重铂系以及其它元素。
这里介绍一个经典反应,Heck反应和Suzuki反应都发现有些年头了。 Grubbs催化剂,近
期诺贝尔奖呼声很高的一个催化剂。它的金属核心倒不是什么很奇怪的东西,它的配体
却不完全是常规的膦或者胺,而是卡宾做为配体。卡宾配体也是近些年比较活跃的领域,
有些卡宾配体和金属的络合物催化反应可以达到十亿以上的S/C(底物:催化剂)。Grubbs
催化剂可以催化烯的歧化,比如1,7-辛二烯在它作用下可以得到乙烯和环己烯(这只是个
例子,没有谁有病到这么做环己烯)。双键的合成前面已经说过是个大麻烦,有了它,可
以通过一些相对简单的二烯来歧化得到要的东西。我们已经见到了某些全合成用到这个催
化剂了。比起Wittig反应,它的原子经济性要高太多。
当然,杂原子和金属有机用到了太多高活性有毒害的试剂,必然是环境的一大麻烦。
重金属的回收,高活性物质的防火等等,都是我们需要注意的。下回打算讲讲仿生化学和
绿色化学,一个也许不算神奇,却能可持续发展的分支学科。
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FROM 10.22.11.96