自慰 英文 用丰富的钠和铁告捷地进行了可握续合成

2025年3月25日自慰 英文

理化商讨所

用丰富的钠和铁告捷地进行了可握续合成

-偶联响应历史上新的一页-

理化学商讨所(理研)环境资源科学商讨中心功能有机合成化学商讨小组高等商讨员浅子壮好意思自慰 英文、埃利埃什·劳瑞恩小组组长等的海外和谐商讨小组具有致密的可握续性和环境配合性钠( Na )[1]と铁( Fe )[2]以为基础的可握续(可握续)的同质偶联响应[3]と交叉偶联响应[4]的成立告捷了。

本商讨后果如下:锂( Li )[5]や钯( Pd )[6]在给出摆脱这些依赖于有数金属的交叉偶联响应的指点目标的同期，期待着构筑新一代有机合成法所条款的“可握续有机合成”的学理。

为了合成具谋差别子结构的分子，有一种方法是开端部分合成该分子，然后使其分子零件联结。 合成复杂医药品、农药、有机电子材料的基础本事有联结团结分子零件的同偶联响应和联结不同分子零件的交叉偶联响应。

交叉偶联响应的催化剂严重依赖奋发且有毒性的钯，肇端原料(举例含锌或硼有机金属响应剂[7])的调制中也大都使用了有数元素锂。 因此，但愿成立出使用丰富资源的可握续偶联响应。

此次，海外共同商讨小组辞宇宙上初度达成了将地球上丰富且浩繁存在的钠行为有机响应剂，将铁用作催化剂的交叉偶联响应。

本商讨凭据科学杂志《同步》刊登在了在线版( 3月25日:日本时刻3月25日)上。

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铁( Fe )催化剂作用下有机钠( Na )响应剂的偶联响应

布景

为了合成具谋差别子结构的分子，有一种方法是开端部分合成该分子，然后使其分子零件联结。 其中有联结疏导分子零件的同质偶联响应和联结不同分子零件的交叉偶联响应。

同质偶联响应是对合成举例有机电子材料中多见的对称分子灵验的响应。 在将带负电荷有机金属响应剂相互链接的情况下，会夺取多馀的电子氧化剂[8]需要添加。

交叉偶联响应是在过渡金属催化剂存不才由两种有机化合物(亲核试剂[4]と亲电试剂[4])联结合成新有机化合物的响应。 通过在行为原料的有机化合物中事先导入性质不同的响应活性官能团(具有特定结构功能的原子团)，不错按照响应想象在谋划位置造成新的键。 迄今为止，各式有机金属响应剂已被用作具有碳-金属键的亲核试剂。

2010年诺贝尔化学奖获奖商讨的交叉偶联响应是以碳-锌或碳-硼键的有机锌响应剂或有机硼响应剂为原料的偶联响应。

在交叉偶联响应中使用的这些有机锌响应剂和有机硼响应剂的制备中，偶然会以含有锂的化合物为绪论，但锂是有数金属，存在资源不均和价钱高涨的风险。 因此，但愿从有数金属锂替代为丰富且浩繁存在的钠。

另外，从频年喜悦的钠离子电板的商讨中，也不错看出那样的机会的高涨。 可是，由于有机钠化合物的高效制备方法本人直到最近还不存在，是以使用钠的有机合成的成立大大过时。

执行上，使用金属钠(块)的偶联响应( Wurtz，Fittig，Wurtz-Fittig响应)被以为是“最迂腐的偶联响应”。 可是，由于难以生成活性高的有机钠化合物和抑制响应，常常发生副响应，难以高效地只获取谋划家具，在近一个半世纪的时刻里被忽视了。

浅子高等商讨员们成立了使用在矿物油等分散有钠微粒的金属钠分散体( SD )，目田调制有机钠化合物的方法，并文牍了以合成的有机钠化合物为原料的交叉偶联响应注1、2 )。 天然这是用丰富的钠代替有数金属锂的前驱性商讨，可是行为偶联响应的催化剂需要使用有数金属钯。

因此，海外共同商讨小组通过将有机钠化学和最新的有机过渡金属化学融会，精密抑制“最迂腐的偶联响应”Wurtz-Fittig响应，向灵验的合成方法进行了挑战。 而且，为了进一步阐明有机钠化合物所具有的资源上风，咱们的谋划是成立和钠同样在地球上以丰富的铁为催化剂的偶联响应。

注1 )" organo sodium compounds for catalytic cross-coupling，" S. Asako，H. Nakajima，K. Takai，火影忍者2019、2和297.( doi.org/10.1038/s 41929-019-0250-6 )注2 )" halogen-sodium exchange enables efficient access to organo sodium compounds，" S. Asako，I. Takahashi，H. Nakajima，L. IliesCommunications Chemistry2021、4和76.( doi.org/10.1038/s 42004-021-00513-2 )商讨方法和后果

海外共同商讨小组使用SD，对氯化芳基(直接纳复法)注1 )或溴化芳基(卤素-钠交换)注2 )是以以果然100%的服从调制了有机钠响应剂。 由于果然莫得高响应性的副家具，是以制备的有机钠响应剂不错领路存在一段时刻。 使用该制备的有机钠响应剂，对使用铁催化剂的均偶联响应和交叉偶联响应的成立漠视了挑战。

开端，在铁催化剂的有机钠响应剂的均偶联响应中对氧化剂进行了各式商讨，闭幕逸现di-tert-butyl peroxide(DTBP )以最佳的收率提供了同质偶联体。 通过在直接纳复法和卤素-钠交换制备的各式有机钠响应剂中添加DTBP行为氧化剂，愚弄铁催化剂氧化同质偶联响应[3]顺利进行了(图1a )。

接着，想象由有机钠响应剂行为亲核试剂、卤代烷行为亲电试剂、铁催化剂组成交叉偶联响应，N，N，N'，N被称为' -四甲基乙二胺( TMEDA )的二胺化合物[9]中所述情节，对成见想象中的量体外部名义积进行分析。

本商讨通过分为(1)制备有机钠化合物的阶段和(2)用铁催化制备的有机钠化合物的偶联响应两个阶段，羁系了Wurtz-Fittig响应中出现的副响应，已毕了响应服从的最大化。

标明了使用本方法，不错进行有机电子材料的合成(同偶联)和含有生物活性化合物胆固醇生息物的伯和仲烷基亲电子剂的官能团化(交叉偶联)。

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图1铁催化剂完成的氧化均偶联响应和交叉偶联响应

( a )铁催化剂与氧化剂对有机钠响应剂的氧化同质偶联响应。 展示了适用于对称分子的合成，被称为有机电子材料的TPB和CBP，以及DPVBi的可握续合成的例子。 收率( % )暗示纯化操作后分离收率。( b )铁催化有机钠响应剂与卤代烷的交叉偶联响应。 在二胺添加剂的存不才与亲电子试剂卤代烷发生了立体特异性响应。 不错将胆固醇生息物官能团化。 收率( % )暗示纯化操作后分离收率。

为了在分子水平上阐明交叉偶联响应机理，合成了以TMEDA为配体的有机钠化合物和有机铁络合物，1H DOSY NMR (扩散对皆光谱法)[11]实验；及x射线晶体结构分析[12]来分析结构。

开端，发现TMEDA通过部阐明开不溶于烃溶剂中的2-甲氧基苯基钠( Ar-Na )的缔合情状，从而升迁其融化性。 另外，还明确了由4分子的2-甲氧基苯基钠和2分子的TMEDA组成的4聚体结构(图2a )。

接着，对事先配位了TMEDA的Fe络合物，分别调节当量使其与有机钠化合物响应，从而取代一个或两个芳基(2-甲氧基苯基: Ar )有机铁络合物[13]合成了Fe-1和Fe-2，通过x射线晶体结构分析笃定了其结构(图2b )。 使用了镁响应剂的先行商讨和合成的有机铁络合物Fe-1和Fe-2计量响应[14]的闭幕标明，Fe-2在催化剂轮回的领先从亲电试剂来源烷基目田基[15]咱们发现，Fe-1分别在拿获烷基目田基和产生偶联家具方面阐明着首要的作用。

即，TMEDA是有机钠化合物的会合体[10]发现通过解开升迁融化性的同期，通过对铁催化剂配位来抑制偶联响应中的响应性。

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图2有机钠化合物及有机铁配合物的合成与结构笃定

( a )通过在有机钠化合物Ar-Na中添加TMEDA，不错获取由4分子的Ar-Na和2分子的TMEDA组成的4聚体结构[(ArNa ) ]4( TMEDA )2说明了。( b )通过对TMEDA配位的铁络合物添加1当量或2当量的有机钠化合物Ar-Na合成了相应的有机铁络合物Fe-1和Fe-2。

( a ) ( b )的结构都是通过x射线晶体结构分析笃定的。

勾引指南今后的期待

资源匮乏的日本好多元素资源都依赖入口。 为了惩处这么要紧的课题，日本称“元素政策[16]”的不雅点将有数元素置换为浩繁元素的商讨正在盛行。 锂是代表性的有数元素，跟着2019年诺贝尔化学奖获奖商讨锂离子电板的制造成立，不错预料今后锂的需求也会握续高涨。 在这么的布景下，将资源有数且偏在的锂替换为丰富且浩繁存在的钠的商讨在二次电板领域很盛行，但在有机化学领域起步较晚。

我以为，本商讨后果为咱们再行想考在有机合成方面依赖了一个多世纪的闭幕、过于理所天然的锂的使用提供了机会，同期，在交叉偶联响应的历史上现时了愚弄钠和铁的可握续响应，在科学上也具有深切的酷好 今后，咱们也和会过有机钠化学的开辟，在成立锂的替代本事的同期，为了粗略成立出不属于单纯的替代本事的有机钠化学才有可能的科学本事而赓续鞭策商讨。 期待本商讨的起劲有助于有机合成中脱有数金属这一命题注3 )。

此次的商讨是和谐国执法的17个谋划“可握续发展谋划( SDGs )[17]”中“9 .为产业和本事矫正奠定基础”“12 .制造背负承担背负”作念出了雄伟孝顺的后果。

注3 )2022年12月22日商讨前沿“用钠打解脱有数金属的宇宙」补充诠释1.钠( Na )钠( Na )是原子编号为11的碱金属元素。 钠这个称呼来源于德语，在英语中暗示为Sodium (铑)。2.铁( Fe )属于周期表第3族到第11族的元素称为过渡金属。 铁是属于第8族的原子编号26的过渡金属元素。 家喻户晓，铁是地坛中富余丰富的过渡金属，而且低价且低毒性。3.同质偶联响应、氧化同质偶联响应同质偶联响应是指两个团结分子联结的响应。 氧化同质偶联响应是指两个疏导的有机分子或有机金属化合物在氧化剂存不才联结造成新分子的化学响应。4.交叉偶联响应、亲核试剂、亲电试剂

交叉偶联响应是将不同有机化合物的碳和碳互相联结造成新的碳-碳键的响应。 2010年诺贝尔化学奖颁发给了“有机合成中的钯催化交叉偶联”。 以碳-锌或碳-硼键的有机锌响应剂或有机硼响应剂为原料的响应，以成立者的名字(根岸英一、铃木章和宫浦宪夫)为名分又名为根岸偶联物或铃木-宫浦偶联物。 行为组成该响应的因素，不错列举出原料①亲核试剂和②亲电试剂，以及③催化剂。 亲核试剂具有碳-金属键，碳在方法上带有负电荷。 亲电试剂一般带有碳-卤键，碳在方法上带有正电荷。 催化剂是加速化学响应响应速率的物资，催化剂本人在响应前后莫得变化。

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5.锂( Li )锂是原子编号为3的碱金属元素。 不管是储量依然产量，智利、澳大利亚、阿根廷、中国这前四大国度都占大部分。 主要用途是锂离子电板的原料。6.钯( Pd )钯是属于第10族的原子序数为4.6的过渡金属元素，被用作各式催化剂。 在有机合成领域，它常常行为根岸偶联响应和铃木-宫浦偶联响应等的催化剂。7.有机金属响应剂将具有碳-金属键的有机金属化合物用作合成响应的原料时，将其称为有机金属响应剂。 含有锂、镁、锌、硼行为金属的物资等在有机合成中被平常愚弄。8.氧化剂在化学响应中从反搪塞象何处夺取电子，进行氧化的响应剂。9.N，N，N'，N被称为' -四甲基乙二胺( TMEDA )的二胺化合物

具有两个氮原子的有机化合物。 因与各式金属配位而闻名，通过与金属造成络合物来休养金属的响应性，升迁在有机溶剂中的融化性。 结构式参照下图。

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10.会合体团结分子聚合多个，像单一分子同样活动的步地称为缔合。 阿谁缔合的分子的采集叫作念缔合体。11.1H DOSY NMR (扩散对皆光谱法)是核磁共振( NMR )分析法的一种，愚弄羼杂物中不同分子的扩散所有这个词的互异不错进行光谱分离。 本商讨用于估算缔合体的分子量。12.x射线晶体结构分析这是决定结晶中所含分子化学结构的方法之一。 对晶体映照x射线后，通过原子周围的电子凭据晶体结构向特定的标的衍射，凭据其强度不错获取电子密度的三维散播图。 通过分析该衍射图案，不错获取结晶情状的分子结构。 本商讨制作了对象分子的单晶，决定了化学结构。13.有机铁络合物以铁为中心元素的络合物中，具有碳-铁键的物资。 闲居具有碳-金属键的络合物称为有机金属络合物。14.计量响应化学响应所用试剂相干于肇端原料使用1当量(化学计量)以上时，其响应称为计量响应。 为了造访金属催化响应的响应机理，偶然进行金属的计量响应实验。15.烷基目田基烷烃的碳-氢键均等裂解，去除氢原子时产生的碳目田基。 由于碳的最外壳电子只消7个(餍足八位( Octet )定律的8个领路)，一般响应性较高。 在本响应中，烷基亲电试剂的碳-卤素键的均等开裂会产生烷基目田基。16.元素政策在日本漠视并界说的用语、想法、成见。 在日本第3期科学本事基本磋商中被界说，在文部科学省和经济产业省的主导下行为国度政策之一被鞭策。 而且，这不仅是日本的政策，亦然谋求科学向上，挖掘各式元素所具有的潜能，已毕不依赖于元素资源的全宇宙和平与握续社会的科学成见。 英文称呼为元素策略开动化( ESI )。17.可握续发展谋划( SDGs )2015年9月和谐国峰和会过的《可握续发展2030议程》所载2016-2030年海外谋划。 由已毕可握续宇宙的17个绝顶、169个谋划组成，不仅是发展中国度，发达国度自身也在起劲已毕通用(浩繁)，日本也在积极地起劲(从外务省主页进行了一部分变更后转载)。海外和谐商讨小组

理化商讨所环境资源科学商讨中心功能有机合成化学商讨小组

领队埃利·埃施劳莱恩( ILIES Laurean )

高等商讨员浅子壮好意思

基础科学很是商讨员高桥一光

伯尔尼大学(瑞士)

教师赫维娅·伊娃( HEVIA Eva )

商讨员托尔塔哈达安德烈( TORTAJADA Andreu )

博士商讨生安德森·大卫( ANDERSON E. David )

商讨救援

本商讨是日本学术振兴会( JSPS )科学商讨费资助作事基础商讨( b )“愚弄丰富领路化合物开辟可握续有机合成(商讨代表者:浅子壮好意思)”、 该年青东谈主的商讨“由有机催化剂和浩繁金属催化剂引颈的有机钠化学(商讨代表者:高桥一光)”“用铁催化剂和有机钠化合物开辟的可握续精密有机合成(商讨代表者:高桥一光)”、 文部科学省( MEXT )科研经费资助作事学术变革领域商讨( a )“螺吡啶的光功能开辟(商讨代表:浅子壮好意思)”、福冈直彦系念财团商讨资助(商讨代表:浅子壮好意思)、服部报公会工学商讨奖励支持金(商讨代表:浅子壮好意思)、离子工程振兴财团商讨资助

原论文信息Ikko Takahashi，Andreu Tortajada，David E. Anderson，Laurean Ilies，Eva Hevia，Sobi Asako，" iron-catalyse d direct coupling of同步， 10.1038/s44160-025-00771-1主讲东谈主

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