2025年3月25日

理化磋磨所

用丰富的钠和铁告捷地进行了可抓续合成

-偶联响应历史上新的一页-

理化学磋磨所(理研)环境资源科学磋磨中心功能有机合成化学磋磨小组高档磋磨员浅子壮好意思、埃利埃什·劳瑞恩小组组长等的国外协调磋磨小组具有精熟的可抓续性和环境合作性钠( Na )[1]と铁( Fe )[2]以为基础的可抓续(可抓续)的同质偶联响应[3]と交叉偶联响应[4]的建造告捷了。

本磋磨恶果如下:锂( Li )[5]や钯( Pd )[6]在给出摆脱这些依赖于稀有金属的交叉偶联响应的迷惑想法的同期，期待着构筑新一代有机合成法所条款的“可抓续有机合成”的学理。

为了合成具有谋阔别子结构的分子，有一种智力是起程点部分合成该分子，然后使其分子零件勾搭。 合成复杂医药品、农药、有机电子材料的基础技能有勾搭并吞分子零件的同偶联响应和勾搭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不菲且有毒性的钯，肇始原料(举例含锌或硼有机金属响应剂[7])的调制中也巨额使用了稀有元素锂。 因此，但愿建造出使用丰富资源的可抓续偶联响应。

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此次，国外共同磋磨小组活着界上初次达成了将地球上丰富且精深存在的钠算作有机响应剂，将铁用作催化剂的交叉偶联响应。

本磋磨证据科学杂志《同步》刊登在了在线版( 3月25日:日本时候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

为了合成具有谋阔别子结构的分子，有一种智力是起程点部分合成该分子，然后使其分子零件勾搭。 其中有勾搭接头分子零件的同质偶联响应和勾搭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有效的响应。 在将带负电荷有机金属响应剂相互计议的情况下，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鄙人由两种有机化合物(亲核试剂[4]と亲电试剂[4])计议合成新有机化合物的响应。 通过在算作原料的有机化合物中事前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)，不错按照响应瞎想在谋划位置造成新的键。 迄今为止，多样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磋磨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弁言，但锂是稀有金属，存在资源不均和价钱飞腾的风险。 因此，但愿从稀有金属锂替代为丰富且精深存在的钠。

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另外，从频年怡悦的钠离子电板的磋磨中，也不错看出那样的机会的飞腾。 关联词，由于有机钠化合物的高效制备智力本人直到最近还不存在，是以使用钠的有机合成的建造大大落伍。

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骨子上，使用金属钠(块)的偶联响应( Wurtz，Fittig，Wurtz-Fittig响应)被合计是“最迂腐的偶联响应”。 关联词，由于难以生成活性高的有机钠化合物和适度响应，不时发生副响应，难以高效地只赢得谋划居品，在近一个半世纪的时候里被忽视了。

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浅子高档磋磨员们建造了使用在矿物油均分散有钠微粒的金属钠分散体( SD )，解放调制有机钠化合物的智力，并论说了以合成的有机钠化合物为原料的交叉偶联响应注1、2 )。 诚然这是用丰富的钠代替稀有金属锂的前驱性磋磨，关联词算作偶联响应的催化剂需要使用稀有金属钯。

因此，国外共同磋磨小组通过将有机钠化学和最新的有机过渡金属化学交融，精密适度“最迂腐的偶联响应”Wurtz-Fittig响应，向有效的合成智力进行了挑战。 况兼，为了进一步施展有机钠化合物所具有的资源上风，咱们的谋划是建造和钠同样在地球上以丰富的铁为催化剂的偶联响应。

迷水商城注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 )磋磨智力和恶果

国外共同磋磨小组使用SD，对氯化芳基(直罗致复法)注1 )或溴化芳基(卤素-钠交换)注2 )是以以险些100%的着力调制了有机钠响应剂。 由于险些莫得高响应性的副居品，是以制备的有机钠响应剂不错结识存在一段时候。 使用该制备的有机钠响应剂，催请药怎么买对使用铁催化剂的均偶联响应和交叉偶联响应的建造冷落了挑战。

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起程点，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多样磋磨，收尾发现di-tert-butyl peroxide(DTBP )以最佳的收率提供了同质偶联体。 通过在直罗致复法和卤素-钠交换制备的多样有机钠响应剂中添加DTBP算作氧化剂，哄骗铁催化剂氧化同质偶联响应[3]顺利进行了(图1a )。

接着，瞎想由有机钠响应剂算作亲核试剂、卤代烷算作亲电试剂、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，对主张瞎想中的量体外部名义积进行分析。

本磋磨通过分为(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，抑制了Wurtz-Fittig响应中出现的副响应，兑现了响应着力的最大化。

标明了使用本智力，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繁衍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的可抓续合成的例子。 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。 在二胺添加剂的存鄙人与亲电子试剂卤代烷发生了立体特异性响应。 不错将胆固醇繁衍物官能团化。 收率( % )暗示纯化操作后分离收率。

为了在分子水平上进展交叉偶联响应机理，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 (扩散对王人光谱法)[11]试验；及x射线晶体结构分析[12]来分析结构。

起程点，发现TMEDA通过部理解开不溶于烃溶剂中的2-甲氧基苯基钠( Ar-Na )的缔合气象，从而擢升其融解性。 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，对事前配位了TMEDA的Fe络合物，分别挽回当量使其与有机钠化合物响应，昏睡药水配方大全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射线晶体结构分析详情了其结构(图2b )。 使用了镁响应剂的先行磋磨和合成的有机铁络合物Fe-1和Fe-2计量响应[14]的收尾标明，Fe-2在催化剂轮回的最初从亲电试剂开端烷基解放基[15]咱们发现，Fe-1分别在拿获烷基解放基和产生偶联居品方面施展着要紧的作用。

即，TMEDA是有机钠化合物的会合体[10]发现通过解开擢升融解性的同期，通过对铁催化剂配位来适度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详情

( a )通过在有机钠化合物Ar-Na中添加TMEDA，不错赢得由4分子的Ar-Na和2分子的TMEDA组成的4聚体结构[(ArNa ) ]4( TMEDA )2阐明了。( 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射线晶体结构分析详情的。

今后的期待

资源匮乏的日本好多元素资源都依赖入口。 为了处治这么遑急的课题，日本称“元素战术[16]”的不雅点将稀有元素置换为精深元素的磋磨正在盛行。 锂是代表性的稀有元素，跟着2019年诺贝尔化学奖获奖磋磨锂离子电板的制造建造，不错猜想今后锂的需求也会抓续飞腾。 在这么的布景下，将资源调治且偏在的锂替换为丰富且精深存在的钠的磋磨在二次电板限制很盛行，但在有机化学限制起步较晚。

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我合计，本磋磨恶果为咱们从头念念考在有机合成方面依赖了一个多世纪的收尾、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受骗前了哄骗钠和铁的可抓续响应，在科学上也具有久了的真理 今后，咱们也阐明过有机钠化学的设备，在建造锂的替代技能的同期，为了大约建造出不属于单纯的替代技能的有机钠化学才有可能的科学技能而不竭鼓舞磋磨。 期待本磋磨的接力有助于有机合成中脱稀有金属这一命题注3 )。

此次的磋磨是协调国端正的17个谋划“可抓续发展谋划( SDGs )[17]”中“9 .为产业和技能创新奠定基础”“12 .制造牵扯承担牵扯”作念出了弘大孝顺的恶果。

注3 )2022年12月22日磋磨前沿“用钠打解脱稀有金属的天下」补充评释1.钠( Na )钠( Na )是原子编号为11的碱金属元素。 钠这个称号来源于德语，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。 无人不晓，铁是地坛中王人备丰富的过渡金属，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并吞分子勾搭的响应。 氧化同质偶联响应是指两个接头的有机分子或有机金属化合物在氧化剂存鄙人勾搭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相互计议造成新的碳-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，以建造者的名字(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。 算作组成该响应的身分，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，碳在体式上带有负电荷。 亲电试剂一般带有碳-卤键，碳在体式上带有正电荷。 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。 非论是储量还是产量，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，被用作多样催化剂。 在有机合成限制，它不时算作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、硼算作金属的物资等在有机合成中被无为哄骗。8.氧化剂在化学响应中从响应酬象那边夺取电子，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。 因与多样金属配位而著名，通过与金属造成络合物来调整金属的响应性，擢升在有机溶剂中的融解性。 结构式参照下图。

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迷水商城10.会合体并吞分子辘集多个，像单一分子同样行为的应允称为缔合。 阿谁缔合的分子的聚合叫作念缔合体。11.1H DOSY NMR (扩散对王人光谱法)是核磁共振( NMR )分析法的一种，哄骗搀杂物中不同分子的扩散所有的各异不错进行光谱分离。 本磋磨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智力之一。 对晶体照耀x射线后，通过原子周围的电子证据晶体结构向特定的标的衍射，证据其强度不错赢得电子密度的三维漫步图。 通过分析该衍射图案，不错赢得结晶气象的分子结构。 本磋磨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。 浅薄具有碳-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始原料使用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试验。15.烷基解放基烷烃的碳-氢键均等裂解，去除氢原子时产生的碳解放基。 由于碳的最外壳电子唯有7个(得意八位( Octet )定律的8个结识)，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解放基。16.元素战术在日本冷落并界说的用语、想法、主张。 在日本第3期科学技能基本谋划中被界说，在文部科学省和经济产业省的主导下算作国度战术之一被鼓舞。 而且，这不仅是日本的战术，亦然谋求科学当先，挖掘多样元素所具有的潜能，兑现不依赖于元素资源的全天下和平与抓续社会的科学主张。 英文称号为元素策略运弯曲( ESI )。17.可抓续发展谋划( SDGs )2015年9月协调国峰阐明过的《可抓续发展2030议程》所载2016-2030年国外谋划。 由兑现可抓续天下的17个绝顶、169个谋划组成，不仅是发展中国度，发达国度自身也在接力兑现通用(精深)，日本也在积极地接力(从外务省主页进行了一部分变更后转载)。国外协调磋磨小组

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领队埃利·埃施劳莱恩( ILIES Laurean )

高档磋磨员浅子壮好意思

基础科学特殊磋磨员高桥一光

伯尔尼大学(瑞士)

西席赫维娅·伊娃( HEVIA Eva )

磋磨员托尔塔哈达安德烈( TORTAJADA Andreu )

博士磋磨生安德森·大卫( ANDERSON E. David )

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本磋磨是日本学术振兴会( JSPS )科学磋磨费资助行状基础磋磨( b )“哄骗丰富结识化合物设备可抓续有机合成(磋磨代表者:浅子壮好意思)”、 该年青东说念主的磋磨“由有机催化剂和精深金属催化剂引颈的有机钠化学(磋磨代表者:高桥一光)”“用铁催化剂和有机钠化合物设备的可抓续精密有机合成(磋磨代表者:高桥一光)”、 文部科学省( MEXT )科研经费资助行状学术变革限制磋磨( a )“螺吡啶的光功能设备(磋磨代表:浅子壮好意思)”、福冈直彦记念财团磋磨资助(磋磨代表:浅子壮好意思)、服部报公会工学磋磨奖励缓助金(磋磨代表:浅子壮好意思)、离子工程振兴财团磋磨资助

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主讲东说念主

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