《分子催化》：Grubbs催化剂合成研究进展（大连大学环境与化学工程学院）

第26卷第6期 分子催化 2012年12月 JOURNAL OF MOLECULAR CATALYSIS( CHINA) 文章编号:101-3555(2012)06-0566-10 Grubbs催化剂合成研究进展 胡金金!,黄汉民2,左秀锦1 (1.大连大学环境与化学工程学院,辽宁大连116622; 2.中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室,甘肃兰州730000 关键词:烯烃复分解反应;Grbs催化剂;合成 中图分类号:0643.32 文献标识码:A 烯烃复分解反应通过催化使两个烯烃碳碳双键性差,这些都限制了该类催化剂的推广应用 断裂,再重新组合形成新的碳碳双键,是以烯烃作 1992年,新型的钌乙烯基卡宾化合物RuCl2(= 为底物构建碳碳双键的重要方法.从反应类型来CHCH=CPh2)(PPh3)2的发现,打开了后过渡金属 分,烯烃复分解反应主要有:关环复分解反应催化的烯烃复分解反应的大门.该催化剂对空气 (RCM),开环复分解聚合反应(ROMP),交叉复分水及酸稳定,且具有很好的官能团耐受性,但是其 解反应(CM)及非环二烯复分解反应( ADMET).在催化活性较低,只能引发张力较大的环烯烃的开环 天然产物的全合成,药物化学和材料科学中均有广复分解聚合,且由于合成催化剂的反应原料环丙烷 泛应用.催化剂的发展是烯烃复分解反应的关键,的合成步骤繁琐,限制了该催化剂的使用10 多年以来,寻找高效、高选择性的催化剂一直是烯1995年第一代 Grubbs催化剂(图1a) 烃复分解反应研究的焦点. Schrock因合成了第[(PCy3)2Cl2Ru=CHPh]的发现,极大地推进了烯 一个具有明确结构的复分解反应催化剂—Ta卡烃复分解反应的发展.该催化剂不仅对氧和水有较 宾配合物[Ta(= CHEMe3)Cl(PMe3)(OCMe3)2]与强的耐受性,而且具有良好的官能团兼容性,同时 开发实现了最实用的钌卡宾催化剂的 Grubbs,揭示催化活性也有很大的提高.然而其热稳定性较差, 了烯烃复分解反应机理的 Chauvin共同获得2005在较高的温度下易发生分解1-1.1998年 Hovey 年度的诺贝尔化学奖 等出在研究钌卡宾催化剂[(PCy3)2Cl2Ru=CHPh] 最初的烯烃复分解反应催化剂主要是由过渡金催化的苯乙烯醚生成苯并吡喃的机理时发现了螯合 属盐与主族烷基试剂或固体支撑底物混合形成,该的钌卡宾催化剂1b,该催化剂可以回收再利用,同 类型的催化体系成本低,易得到,已用于工业生产时保持良好的催化活性,然而底物适用性不是很 中.然而这类催化体系反应条件苛刻,需要较强的好,被称为第一代Gnbs- Hoveyda催化剂199年 路易斯酸,因而对很多官能团兼容性不好;同时,Gπbs等使用饱和的氮杂环卡宾 SIMes( SIMes=1, 由于在催化体系中只有很少的活性物种形成,使得3-双(三甲基苯基)-2-咪唑啉亚基)取代其中的一个 烯烃复分解反应的引发和控制都较困难;此外,由PCy3制得催化剂[(PCy3)(SMes)C2Ru=CHPh] 于反应机理暂不明确,因而进展缓慢7.20世纪(图1c),该催化剂不仅保持了第一代催化剂的优 0年代中期到70年代末,出现了结构明确的催化点,同时提高了其热稳定性及催化活性.在关环复 剂,其中结构式为(NAr)(OR)2Mo=CHR(R=分解反应中,该催化剂的使用量只需要0.05%;而 CMe2Ph,R'=C(CH3)(CF3)2,Ar=2,6-Pr2CH3)在开环复分解聚合反应中,只需要0.0001%7,1 的钼类催化剂首先被广泛应用.该类催化剂具有很2000年 Hoveyda等在第二代Gnbs催化剂中引 高的催化活性,但由于其催化剂金属中心的亲氧入具有较大体积的亲核性异丙氧基螯合物配体(结 性,使得它们对空气和水较敏感且对官能团的兼容构见图1d),合成了第二代 Grubbs- Hoveyda催化 收稿日期:2012-10-27;修回日期:2012-11-23 作者简介:胡金金,女,生于198年,硕士 通讯联系人,E-mail:zuoxiuJIn@du.edu.cn

书 文章编号：１００１３５５５（２０１２）０６０５６６１０ 收稿日期：２０１２１０２７；修回日期：２０１２１１２３． 作者简介：胡金金，女，生于 １９８８年，硕士生．  通讯联系人，Ｅｍａｉｌ：ｚｕｏｘｉｕｊｉｎ＠ｄｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． Ｇｒｕｂｂｓ催化剂合成研究进展 胡金金１ ，黄汉民２ ，左秀锦１ （１．大连大学 环境与化学工程学院，辽宁 大连 １１６６２２； ２．中国科学院兰州化学物理研究所 羰基合成与选择氧化国家重点实验室，甘肃 兰州 ７３００００） 关 键 词：烯烃复分解反应；Ｇｒｕｂｂｓ催化剂；合成 中图分类号：Ｏ６４３．３２ 文献标识码：Ａ 烯烃复分解反应通过催化使两个烯烃碳碳双键 断裂，再重新组合形成新的碳碳双键，是以烯烃作 为底物构建碳碳双键的重要方法．从反应类型来 分，烯烃复 分 解 反 应 主 要 有：关 环 复 分 解 反 应 （ＲＣＭ），开环复分解聚合反应（ＲＯＭＰ），交叉复分 解反应（ＣＭ）及非环二烯复分解反应（ＡＤＭＥＴ）．在 天然产物的全合成，药物化学和材料科学中均有广 泛应用．催化剂的发展是烯烃复分解反应的关键， 多年以来，寻找高效、高选择性的催化剂一直是烯 烃复分解反应研究的焦点［１－５］ ．Ｓｃｈｒｏｃｋ因合成了第 一个具有明确结构的复分解反应催化剂———Ｔａ卡 宾配合物［Ｔａ（＝ＣＨＣＭｅ３）Ｃｌ（ＰＭｅ３）（ＯＣＭｅ３）２］与 开发实现了最实用的钌卡宾催化剂的 Ｇｒｕｂｂｓ，揭示 了烯烃复分解反应机理的 Ｃｈａｕｖｉｎ共同获得 ２００５ 年度的诺贝尔化学奖． 最初的烯烃复分解反应催化剂主要是由过渡金 属盐与主族烷基试剂或固体支撑底物混合形成，该 类型的催化体系成本低，易得到，已用于工业生产 中．然而这类催化体系反应条件苛刻，需要较强的 路易斯酸，因而对很多官能团兼容性不好；同时， 由于在催化体系中只有很少的活性物种形成，使得 烯烃复分解反应的引发和控制都较困难；此外，由 于反应机理暂不明确，因而进展缓慢［６－７］ ．２０世纪 ６０年代中期到 ７０年代末，出现了结构明确的催化 剂，其中结构式为 （ＮＡｒ）（ＯＲ１ ）２Ｍｏ＝ＣＨＲ（Ｒ＝ ＣＭｅ２Ｐｈ，Ｒ１＝Ｃ（ＣＨ３）（ＣＦ３）２，Ａｒ＝２，６ｉＰｒ２Ｃ６Ｈ３） 的钼类催化剂首先被广泛应用．该类催化剂具有很 高的催化活性，但由于其催化剂金属中心的亲氧 性，使得它们对空气和水较敏感且对官能团的兼容 性差，这些都限制了该类催化剂的推广应用［８－９］ ． １９９２年，新型的钌乙烯基卡宾化合物 ＲｕＣｌ２（＝ ＣＨＣＨ＝ＣＰｈ２）（ＰＰｈ３）２的发现，打开了后过渡金属 催化的烯烃复分解反应的大门．该催化剂对空气、 水及酸稳定，且具有很好的官能团耐受性，但是其 催化活性较低，只能引发张力较大的环烯烃的开环 复分解聚合，且由于合成催化剂的反应原料环丙烷 的合成步骤繁琐，限制了该催化剂的使用［７，１０］ ． １９９５ 年 第 一 代 Ｇｒｕｂｂｓ 催 化 剂 （图 １ａ） ［（ＰＣｙ３）２Ｃｌ２Ｒｕ＝ＣＨＰｈ］的发现，极大地推进了烯 烃复分解反应的发展．该催化剂不仅对氧和水有较 强的耐受性，而且具有良好的官能团兼容性，同时 催化活性也有很大的提高．然而其热稳定性较差， 在较高的温度下易发生分解［１１－１２］ ．１９９８年 Ｈｏｖｅｙｄａ 等［１３］ 在研究钌卡宾催化剂［（ＰＣｙ３）２Ｃｌ２Ｒｕ＝ＣＨＰｈ］ 催化的苯乙烯醚生成苯并吡喃的机理时发现了螯合 的钌卡宾催化剂 １ｂ，该催化剂可以回收再利用，同 时保持良好的催化活性，然而底物适用性不是很 好，被称为第一代 ＧｒｕｂｂｓＨｏｖｅｙｄａ催化剂．１９９９年 Ｇｒｕｂｂｓ等使用饱和的氮杂环卡宾 ＳＩＭｅｓ（ＳＩＭｅｓ＝１， ３双（三甲基苯基）２咪唑啉亚基）取代其中的一个 ＰＣｙ３制得催化剂［（ＰＣｙ３）（ＳＩＭｅｓ）Ｃｌ２Ｒｕ＝ＣＨＰｈ］ （图 １ｃ），该催化剂不仅保持了第一代催化剂的优 点，同时提高了其热稳定性及催化活性．在关环复 分解反应中，该催化剂的使用量只需要 ０．０５％；而 在开环复分解聚合反应中，只需要 ０．０００１％［７，１４］ ． ２０００年 Ｈｏｖｅｙｄａ等［１５］ 在第二代 Ｇｒｕｂｂｓ催化剂中引 入具有较大体积的亲核性异丙氧基螯合物配体（结 构见图 １ｄ），合成了第二代 ＧｒｕｂｂｓＨｏｖｅｙｄａ催化 第 ２６卷 第 ６期 分 子 催 化 Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．６ ２０１２年 １２月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＯＬＥＣＵＬＡＲＣＡＴＡＬＹＳＩＳ（ＣＨＩＮＡ） Ｄｅｃ． ２０１２

第6期 胡金金等: Grubbs催化剂合成研究进展 剂,该催化剂不仅可以再回收利用,同时底物的适方法一直是该领域研究的热点.我们将对第一、第 用性得到了很大扩展 二代 Grubbs催化剂及 Grubbs- Hoveyda催化剂的合 随着钌卡宾催化剂在烯烃复分解反应中的广泛成方法进行综述 应用,对它们的需求量也在增加,简单高效的合成 CI 图1 Grubbs催化剂的结构式 g. 1 The structure of Grubbs catalyst (a) Ist generation Grubbs Catalyst (b) Ist generation Grubbs Hoveyda Catalyst (c) 2nd generation Grubbs Catalyst (d) 2nd generation Grubbs-Hoveyda Catalys 1第一代 Grubbs催化剂的合成 源与RuCl2(PPh3)3、PCy3在二氯甲烷中反应得到 最终产物,反应产率可达85%~90%.在该反应 钉金属亚烷基化合物的合成方法主要有:(1)中,中间产物RuC2(=CHPh)(PPh3)2在二氯甲烷 相应重氮化合物发生亚甲基迁移反应;(2)零价钌中不稳定.实验发现,若不将中间产物RuCl2( 与二氯化物反应;(3)二价钌化合物与烯烃、硫叶CHPh)(PPh3)2分离出来,在重氮化合物与RuCl2 立德或烷基锌反应等.其中最常用的是使用重氮化(PPh3)3反应约3-5min后,在-50℃下直接迅速 合物作为卡宾源的方法来合成该类催化剂 地加入PCy3,反应1h就可得到产物,且产率高达 199年Cmbs等使用重氮化合物作为卡宾99%( Scheme1) PPh PC RuCl(PPh3)3+PhCHN,H 20℃ PPh Scheme 1 其原料RuCl2(PPh3)3可通过RuCl3…·3H2O与还可以首先制得苯甲醛对甲基苯磺酰腙,再与甲 h2P在甲醇中回流得到( Scheme2)m); PhCHN2醇钠反应制得( Scheme3-4) 可通过苯酰基偶氮苯甲酰与碱反应得到,此外 Meoh RuCl3·3H2O+6Ph3P RuCI, (PPh,), Scheme 2 +NaOH Ph CHN Scheme 3 CHO Ph chn HN TS Scheme 4

剂，该催化剂不仅可以再回收利用，同时底物的适 用性得到了很大扩展． 随着钌卡宾催化剂在烯烃复分解反应中的广泛 应用，对它们的需求量也在增加，简单高效的合成 方法一直是该领域研究的热点．我们将对第一、第 二代 Ｇｒｕｂｂｓ催化剂及 ＧｒｕｂｂｓＨｏｖｅｙｄａ催化剂的合 成方法进行综述． 图 １ Ｇｒｕｂｂｓ催化剂的结构式 Ｆｉｇ．１ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＧｒｕｂｂｓｃａｔａｌｙｓｔｓ （ａ）１ｓｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＧｒｕｂｂｓＣａｔａｌｙｓｔ （ｂ）１ｓｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＧｒｕｂｂｓＨｏｖｅｙｄａＣａｔａｌｙｓｔ （ｃ）２ｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＧｒｕｂｂｓＣａｔａｌｙｓｔ （ｄ）２ｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎＧｒｕｂｂｓＨｏｖｅｙｄａＣａｔａｌｙｓｔ １第一代 Ｇｒｕｂｂｓ催化剂的合成 钌金属亚烷基化合物的合成方法主要有：（１） 相应重氮化合物发生亚甲基迁移反应；（２）零价钌 与二氯化物反应；（３）二价钌化合物与烯烃、硫叶 立德或烷基锌反应等．其中最常用的是使用重氮化 合物作为卡宾源的方法来合成该类催化剂． １９９５年 Ｇｒｕｂｂｓ等［１１］ 使用重氮化合物作为卡宾 源与 ＲｕＣｌ２（ＰＰｈ３）３、ＰＣｙ３ 在二氯甲烷中反应得到 最终产物，反应产率可达 ８５％ ～９０％．在该反应 中，中间产物 ＲｕＣｌ２（＝ＣＨＰｈ）（ＰＰｈ３）２ 在二氯甲烷 中不稳定．实验发现，若不将中间产物 ＲｕＣｌ２（＝ ＣＨＰｈ）（ＰＰｈ３）２ 分离出来，在重氮化合物与 ＲｕＣｌ２ （ＰＰｈ３）３反应约 ３～５ｍｉｎ后，在－５０℃下直接迅速 地加入 ＰＣｙ３，反应 １ｈ就可得到产物，且产率高达 ９９％［１２］ （Ｓｃｈｅｍｅ１）． Ｓｃｈｅｍｅ１ 其原料 ＲｕＣｌ２（ＰＰｈ３）３ 可通过 ＲｕＣｌ３·３Ｈ２Ｏ与 Ｐｈ３Ｐ在甲醇中回流得到（Ｓｃｈｅｍｅ２）［１６－１７］ ；ＰｈＣＨＮ２ 可通过苯酰基偶氮苯甲酰与碱反应得到［１８］ ，此外 还可以首先制得苯甲醛对甲基苯磺酰腙，再与甲 醇钠反应制得［１９］ （Ｓｃｈｅｍｅ３－４）． Ｓｃｈｅｍｅ２ Ｓｃｈｅｍｅ３ Ｓｃｈｅｍｅ４ 第 ６期 胡金金等：Ｇｒｕｂｂｓ催化剂合成研究进展 ５６７

子催化 第26卷 这两种方法中各步反应虽然相对成熟,比较容COT)(COD=1,5-环辛二烯;COT=环辛三烯)反应 易控制,但是涉及到的试剂较多,且重氮化合物后可得到钌卡宾化合物( Scheme5).由于该合成路线 处理比较危险,同时重氮化合物易与金属形成配合中Ru(η-COD)(η°COT)的合成繁琐,使得该方法 物或桥连MCH2M化合物,这些都限制了该方法受到限制.后期他们对零价钌化合物进行改进,用 的应用2 钌的氢化物[Ru(H)2(H2)2(PCy3)2],先与过量的 7年Gmbs等2发现使用二氯化合物Ph-烯烃反应,然后再与二氯化合物反应从而得到最终 CHC2、PCy3与零价钌化合物Ru(nCOD)(n2-产物( Scheme6) y3 toluene 2 PCy3+ PhCHCI (excess) Cl, CHPh excess) Cl, CHCO,Me Pcy3 在此法中,零价钌化合物Ru(COD)(COT)2-2(COr)在正己烷溶液中搅拌,通入H2反应得 可以在EOH/COD溶液中通过Zn粉还原RuCl3 到2.此外还可以使用RuCl2COD)、PCy3、NaOH 3H2O得到( Scheme7),分离收率高达85%.钌的在脱气的2-丁醇中反应,反应过程中反复通入H 氢化物可以使用PCy3与零价钌配合物Ru(COD)得到产物( Scheme8) RuCl÷:39EoH RuCl,(COD)+ 2 PCy3 m PC 该方法虽然步骤简单,反应所需试剂较少,然用,反应的安全性得到提高( Scheme9) 而产物(PCy3)2C2Ru=CHPh会与过量的烯烃发生 2001年 Milstein等使用硫叶立德( sulfur 复分解反应,从而降低收率,且给产物的分离带来ylde)作为卡宾的供体,在-30℃与RuCl2(PPh3)3 困难;此外由于原料氢化物的合成需要几倍大气压反应,然后在室温下使用PCy3原位取代PPh3得到 的H2,极易发生爆炸,因而该路线相对比较危险.目标产物,分离产率达到%6%( Scheme10).该反 随后的研究发现,上述方法中 UhCI(H2)(PCy3)2应条件温和且副产物少,可以达到较高的分离收 是合成过程中的一个重要中间产物,该化合物可以率,还可用来合成各种不同的亚烷基化合物,例 与苯乙炔及炔丙基氯反应生成苄基及乙烯基钌卡宾如:苯基亚烷基(=CH-Ph),乙烯基亚烷基(=CH 化合物21.2000年 Schaaf等发现在不通H2CH=CH2),甲氧羰基亚烷基(=CHCO2CH3)及亚 的条件下合成钌的二氯氢气化合物,可以一锅法烷基(=CHCH3,=CH2).原料硫叶立德的合成可 合成钌的苄基化合物.该方法操作简单,可以用来使用二苯基硫与苄基溴的二氯甲烷溶液、AgBF4或 制备大量的 Grubbs催化剂,同时避免了H2的使Me3SOT反应得到

这两种方法中各步反应虽然相对成熟，比较容 易控制，但是涉及到的试剂较多，且重氮化合物后 处理比较危险，同时重氮化合物易与金属形成配合 物或桥连 ＭＣＨ２Ｍ化合物，这些都限制了该方法 的应用［２０－２１］ ． １９９７年 Ｇｒｕｂｂｓ等［２２］发现使用二氯化合物 Ｐｈ ＣＨＣｌ２、ＰＣｙ３ 与零价钌化合物 Ｒｕ（η４ ＣＯＤ）（η６  ＣＯＴ）（ＣＯＤ＝１，５环辛二烯；ＣＯＴ＝环辛三烯）反应 可得到钌卡宾化合物（Ｓｃｈｅｍｅ５）．由于该合成路线 中 Ｒｕ（η４ ＣＯＤ）（η６ ＣＯＴ）的合成繁琐，使得该方法 受到限制．后期他们对零价钌化合物进行改进，用 钌的氢化物［Ｒｕ（Ｈ）２（Ｈ２）２（ＰＣｙ３）２］，先与过量的 烯烃反应，然后再与二氯化合物反应从而得到最终 产物（Ｓｃｈｅｍｅ６）． Ｓｃｈｅｍｅ５ Ｓｃｈｅｍｅ６ 在此法中，零价钌化合物 Ｒｕ（ＣＯＤ）（ＣＯＴ）［２３－２４］ 可以在 ＥｔＯＨ／ＣＯＤ溶液中通过 Ｚｎ粉还原 ＲｕＣｌ３· ３Ｈ２Ｏ得到（Ｓｃｈｅｍｅ７），分离收率高达 ８５％．钌的 氢化物可以使用 ＰＣｙ３ 与零价钌配合物 Ｒｕ（ＣＯＤ） （ＣＯＴ）在 正 己 烷 溶 液 中 搅 拌，通 入 Ｈ２ 反 应 得 到［２５］ ．此外还可以使用 ＲｕＣｌ２（ＣＯＤ）、ＰＣｙ３、ＮａＯＨ 在脱气的 ２丁醇中反应，反应过程中反复通入 Ｈ２ 得到产物（Ｓｃｈｅｍｅ８）． Ｓｃｈｅｍｅ７ Ｓｃｈｅｍｅ８ 该方法虽然步骤简单，反应所需试剂较少，然 而产物（ＰＣｙ３）２Ｃｌ２Ｒｕ＝ＣＨＰｈ会与过量的烯烃发生 复分解反应，从而降低收率，且给产物的分离带来 困难；此外由于原料氢化物的合成需要几倍大气压 的 Ｈ２，极易发生爆炸，因而该路线相对比较危险． 随后的研究发现，上述方法中 ＲｕＨＣｌ（Ｈ２）（ＰＣｙ３）２ 是合成过程中的一个重要中间产物，该化合物可以 与苯乙炔及炔丙基氯反应生成苄基及乙烯基钌卡宾 化合物［２６－２８］ ．２０００年 Ｓｃｈａａｆ等［２９］发现在不通 Ｈ２ 的条件下合成钌的二氯氢气化合物，可以一锅法 合成钌的苄基化合物．该方法操作简单，可以用来 制备大量的 Ｇｒｕｂｂｓ催化剂，同时避免了 Ｈ２ 的使 用，反应的安全性得到提高（Ｓｃｈｅｍｅ９）． ２００１年 Ｍｉｌｓｔｅｉｎ等［３０］使 用 硫 叶 立 德 （ｓｕｌｆｕｒ ｙｌｉｄｅ）作为卡宾的供体，在－３０℃与 ＲｕＣｌ２（ＰＰｈ３）３ 反应，然后在室温下使用 ＰＣｙ３原位取代 ＰＰｈ３得到 目标产物，分离产率达到 ９６％（Ｓｃｈｅｍｅ１０）．该反 应条件温和且副产物少，可以达到较高的分离收 率，还可用来合成各种不同的亚烷基化合物，例 如：苯基亚烷基（＝ＣＨＰｈ），乙烯基亚烷基（＝ＣＨ ＣＨ＝ＣＨ２），甲氧羰基亚烷基（＝ＣＨＣＯ２ＣＨ３）及亚 烷基（＝ＣＨＣＨ３，＝ＣＨ２）．原料硫叶立德的合成可 使用二苯基硫与苄基溴的二氯甲烷溶液、ＡｇＢＦ４ 或 Ｍｅ３ＳｉＯＴｆ反应得到． ５６８ 分 子 催 化 第 ２６卷

第6期 金金等: Grubbs催化剂合成研究进展 PCy3 PCyA DBU H CI RuCl(coD )+ Pcy3 y PC PhC二CH CI-Ru Scheme 9 KN(SiMe RuCl,(PPh3)3 PCy, IPh2SCHPh]BF4 一Ph,s=CHP 30℃ cheme 10 在此基础上,他们2005年又合成了高分子烷基锌替代硫叶立德与过渡金属化合物反应,从而 的双苯基硫化合物作为卡宾供体( Scheme11),反得到第一代催化剂,产率63%( Scheme12).与 应中过滤得到的高分子二芳基硫化物可以再重复使硫叶立德的方法相比,该方法产率较低,但是可以 用,从而解决了硫叶立德试剂的回收及金属卡宾的一锅合成,合成步骤更简洁,同时该方法还可以用 纯化问题 来合成钌和铱的苯乙烯型卡宾化合物,实用性 2007年他们又发展了一种新的方法,使用较强 hCH2-Sor° Me. silt PO KN(SIMe RuCh(PPh3)3 RU= heme l1 PhCHCI2+ Et2Zn Zn( CHPhC/2、RuCl2(Ph PCy3 PCY cheme 12 在此之前,2004年Nlan等3发展了一种新的13),产率可达到80%.该方法操作简单,可通过 合成方法,他们从原料RuCl2(PPh3)3出发,首先合步反应得到,虽然后处理较复杂,但产物纯度很高 成钌的配合物(PCy3)2C2Ru(3 phenylinden-1-yli-此外该反应也可分两步进行,首先分离得到钉的3- dene),再与苯乙烯反应得到 Grubbs催化剂( Scheme苯基茚配合物,再与过量的苯乙烯反应

Ｓｃｈｅｍｅ９ Ｓｃｈｅｍｅ１０ 在此基础上，他们［３１］ ２００５年又合成了高分子 的双苯基硫化合物作为卡宾供体（Ｓｃｈｅｍｅ１１），反 应中过滤得到的高分子二芳基硫化物可以再重复使 用，从而解决了硫叶立德试剂的回收及金属卡宾的 纯化问题． ２００７年他们［３２］又发展了一种新的方法，使用 烷基锌替代硫叶立德与过渡金属化合物反应，从而 得到第一代催化剂，产率 ６３％ （Ｓｃｈｅｍｅ１２）．与 硫叶立德的方法相比，该方法产率较低，但是可以 一锅合成，合成步骤更简洁，同时该方法还可以用 来合成钌和铱的苯乙烯型卡宾化合物，实用性 较强． Ｓｃｈｅｍｅ１１ Ｓｃｈｅｍｅ１２ 在此之前，２００４年 Ｎｏｌａｎ等［３３］ 发展了一种新的 合成方法，他们从原料 ＲｕＣｌ２（ＰＰｈ３）３ 出发，首先合 成钌 的 配 合 物 （ＰＣｙ３）２Ｃｌ２Ｒｕ（３ｐｈｅｎｙｌｉｎｄｅｎ１ｙｌｉ ｄｅｎｅ），再与苯乙烯反应得到 Ｇｒｕｂｂｓ催化剂（Ｓｃｈｅｍｅ １３），产率可达到 ８０％．该方法操作简单，可通过一 步反应得到，虽然后处理较复杂，但产物纯度很高． 此外该反应也可分两步进行，首先分离得到钌的 ３ 苯基茚配合物，再与过量的苯乙烯反应． 第 ６期 胡金金等：Ｇｒｕｂｂｓ催化剂合成研究进展 ５６９

子催化 第26卷 RuC,(PPh3)3+ 2第二代 Grubbs催化剂的合成 最常用的是氮杂环卡宾的盐酸盐及四氟硼酸盐. SIMes卡宾盐的合成分为三部分:(1)醛与芳基胺 与膦配体相比,氮杂环卡宾(NHC)的给电子性缩合反应得到二亚胺;(2)亚胺还原到相应的胺 较强,能形成更稳定的金属-卡宾σ键,且不需要加利用碱游离出来或形成二氢氯盐;(3)利用原甲酸 入过量的配体;氮杂环卡宾体积大,其环上的取代三乙酯环化.SMes卡宾由 arduengo等[x于1999 基能够将金属中心遮住,更好的保护活化点;通过年首次合成得到( Scheme14).2001年Nlam等 改变不同的取代基,可以使其结构更加多元化,易对上述方法进行了改进,他们使用甲醇作为溶剂 于修饰.这些优势使其成为金属有机化学中重要的加入催化量的甲酸促进反应的进行,室温搅拌反应 配体-).1998年 Herrmann等率先将氮杂环卡3h即可得到亚胺产物在还原过程中,使用 宾配体引入钌的配合物,合成了双NHC取代的钌MOH/THF混合溶液作为溶剂,饱和氯化铵溶液淬 卡宾化合物,该化合物显示出更高的稳定性,但由灭,乙醚萃取产物,环化反应后用氯仿乙醚重结 于氮杂环卡宾配体是强的σ给电子体,不易解离,晶.SMes·HBF4通过SMes·HC与HBF4反应得 反而降低了反应活性.199年Gmbs等及Nlan到01.与原方法相比,该方法大大缩短了反应时 等“使用NHC替代第一代催化剂(PCy3)2Cl2Ru=间,且产率有所提高 CHPh中的一个PCy3配体,得到混合配体的钌卡宾 1999年 Grubbs等{使用 Grubbs第一代催化 配合物,该类催化剂被称为第二代 Grubbs催化剂剂RnCl2(=CHPh)(PCy3)2及Ss·HC作为起 研究显示,含有NHC配位的金属钌中心更容易与始原料,合成了第二代Cmbs催化剂(PCy3) r酸性的烯烃配位而不是σ-给电子的膦,因而该类(SMes)C2Ru=CHPh,该催化剂对水和空气有很 催化剂显示出更高的催化活性及底物适用性。饱和好的耐受性,且催化活性和热稳定性有了很大提 的氮杂环卡宾1,3-双(三甲基苯基)-2咪唑啉亚基高.最初他们使用金属氢化物对氮杂环卡宾去质子 ( SIMes)与不饱和的1,3-双(三甲基苯基)2咪唑亚化,希望可以直接得到游离卡宾,但是与不饱和的 基(IMes)相比,不具有T键的影响,碱性更强,因氮杂环卡宾不同,这种方法对饱和的氮杂环卡宾 而催化活性更好 SIMes不适用.最终他们使用氮杂环卡宾的四氟硼 由于饱和的氮杂环卡宾对空气和水敏感,通常酸盐在甲醇中与甲醇钠反应或在四氢呋喃中与叔丁 是通过相应的卡宾盐去质子化或是卡宾盐与醇、氯醇钾反应,生成烷氧基保护的氮杂环卡宾加合物, 仿或醛等反应形成相应的加合物,热解原位反应得然后与RuCl2(=CHPh)(PCy3)2反应,从而得到 到游离的卡宾,因而卡宾盐的合成极其重要其中75%的目标产物( Scheme15).2000年 oneida NH--M NaBH N NH-Mes Mes=1-(2. 4. 6-trimethy) SIMes lOK, TH R RuCI2∈=CHPb(PC3)2 Scheme 15

Ｓｃｈｅｍｅ１３ ２第二代 Ｇｒｕｂｂｓ催化剂的合成 与膦配体相比，氮杂环卡宾（ＮＨＣ）的给电子性 较强，能形成更稳定的金属卡宾 σ键，且不需要加 入过量的配体；氮杂环卡宾体积大，其环上的取代 基能够将金属中心遮住，更好的保护活化点；通过 改变不同的取代基，可以使其结构更加多元化，易 于修饰．这些优势使其成为金属有机化学中重要的 配体［３４－３６］ ．１９９８年 Ｈｅｒｒｍａｎｎ等［３７］ 率先将氮杂环卡 宾配体引入钌的配合物，合成了双 ＮＨＣ取代的钌 卡宾化合物，该化合物显示出更高的稳定性，但由 于氮杂环卡宾配体是强的 σ给电子体，不易解离， 反而降低了反应活性．１９９９年 Ｇｒｕｂｂｓ等及 Ｎｏｌａｎ 等［６－７］ 使用 ＮＨＣ替代第一代催化剂（ＰＣｙ３）２Ｃｌ２Ｒｕ＝ ＣＨＰｈ中的一个 ＰＣｙ３配体，得到混合配体的钌卡宾 配合物，该类催化剂被称为第二代 Ｇｒｕｂｂｓ催化剂． 研究显示，含有 ＮＨＣ配位的金属钌中心更容易与 π酸性的烯烃配位而不是 σ给电子的膦，因而该类 催化剂显示出更高的催化活性及底物适用性．饱和 的氮杂环卡宾 １，３双（三甲基苯基）２咪唑啉亚基 （ＳＩＭｅｓ）与不饱和的 １，３双（三甲基苯基）２咪唑亚 基（ＩＭｅｓ）相比，不具有 π键的影响，碱性更强，因 而催化活性更好． 由于饱和的氮杂环卡宾对空气和水敏感，通常 是通过相应的卡宾盐去质子化或是卡宾盐与醇、氯 仿或醛等反应形成相应的加合物，热解原位反应得 到游离的卡宾，因而卡宾盐的合成极其重要．其中 最常用的是氮杂环卡宾的盐酸盐及四氟硼酸盐． ＳＩＭｅｓ卡宾盐的合成分为三部分：（１）醛与芳基胺 缩合反应得到二亚胺；（２）亚胺还原到相应的胺， 利用碱游离出来或形成二氢氯盐；（３）利用原甲酸 三乙酯环化．ＳＩＭｅｓ卡宾由 Ａｒｄｕｅｎｇｏ等［３８］于 １９９９ 年首次合成得到（Ｓｃｈｅｍｅ１４）．２００１年 Ｎｏｌａｎ等［３９］ 对上述方法进行了改进，他们使用甲醇作为溶剂， 加入催化量的甲酸促进反应的进行，室温搅拌反应 ３ｈ即 可 得 到 亚 胺 产 物．在 还 原 过 程 中，使 用 ＭｅＯＨ／ＴＨＦ混合溶液作为溶剂，饱和氯化铵溶液淬 灭，乙醚萃取产物，环化反应后用氯仿乙醚重结 晶．ＳＩＭｅｓ·ＨＢＦ４通过 ＳＩＭｅｓ·ＨＣｌ与 ＨＢＦ４反应得 到［４０］ ．与原方法相比，该方法大大缩短了反应时 间，且产率有所提高． １９９９年 Ｇｒｕｂｂｓ等［１４］使用 Ｇｒｕｂｂｓ第一代催化 剂 ＲｕＣｌ２（＝ＣＨＰｈ）（ＰＣｙ３）２ 及 ＳＩＭｅｓ·ＨＣｌ作为起 始原 料，合 成 了 第 二 代 Ｇｒｕｂｂｓ催 化 剂 （ＰＣｙ３） （ＳＩＭｅｓ）Ｃｌ２Ｒｕ＝ＣＨＰｈ，该催化剂对水和空气有很 好的耐受性，且催化活性和热稳定性有了很大提 高．最初他们使用金属氢化物对氮杂环卡宾去质子 化，希望可以直接得到游离卡宾，但是与不饱和的 氮杂环卡宾不同，这种方法对饱和的氮杂环卡宾 ＳＩＭｅｓ不适用．最终他们使用氮杂环卡宾的四氟硼 酸盐在甲醇中与甲醇钠反应或在四氢呋喃中与叔丁 醇钾反应，生成烷氧基保护的氮杂环卡宾加合物， 然后与 ＲｕＣｌ２（＝ＣＨＰｈ）（ＰＣｙ３）２ 反应，从而得到 ７５％的目标产物（Ｓｃｈｅｍｅ１５）．２０００年Ｈｏｖｅｙｄａ［１５］ Ｓｃｈｅｍｅ１４ Ｓｃｈｅｍｅ１５ ５７０ 分 子 催 化 第 ２６卷