碳偶联催化剂问鼎诺贝尔奖

今年获得诺贝尔化学奖的3位化学家是Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki和Richard Heck, 他们发现了用来捆绑不同分子中碳原子的结催化剂.这种分子裁减能力催生了先进技术的整个行业,使得合成任何物质包括抗癌药物、农药杀虫剂以及先进的电子显示器和电脑芯片成为可能.

这些应用的核心是由碳原子组成的有机分子.碳是有机化学和生命的核心,由于碳能够和它相邻的原子联接从而形成大量形状各异的分子链或者分子环,就像木材几乎能够被订制成所设计的任何房屋一样.为了构建合成分子,化学家们不断地探索如何将不同分子上的碳原子联接起来.问题是,在大多数有机分子中,碳原子宁愿待在它们该待的地方,不愿意与其他相邻原子发生反应.早在 20世纪初,德国化学家发明了将金属原子与碳原子联接的方法,这样使得碳原子更活跃,能够与其相邻原子键合.但是这样的反应不是特异性的,其产物除了包括目标分子外,更多的活性碳原子会与其周围的任何碳原子相键合,产生各种需要被去除的副产物.

20世纪60年代后期,Heck与美国特拉华威尔明化学合成公司,在纽瓦克特拉华大学,他发现能够对他想键合的碳原子进行裁剪.早期的1个例子是：Heck第1次将1个溴原子和苯分子6个碳原子中的1个进行键合.这样对碳原子的电子结构进行了微小的修饰将其与目标原子进行结合.他将含 2个碳原子的烯烃和钯加入反应溶液中,钯马上和溴标记的苯和烯烃上的碳原子进行键合,使 2个碳原子之间的距离足够近从而形成碳电子对.通过这样的方法,他们合成了苯乙烯——合成聚苯乙烯塑料的单体.反应分子将溴消去到了溶液中,将钯转入了另一个链接.20世纪70年代后期,在印第安西拉菲特普渡大学度过了大部分职业生涯的日本人Negishi和日本札幌北海道大学的Suzuki,对该过程进行了修饰,加入了不同的示踪原子和金属对反应进行裁剪从面制备其他有机化合物.

刘 芳 译自《Science》, October 15: 308-309 (2010)