2025年3月25日男同 sex

理化参谋所

用丰富的钠和铁得胜地进行了可握续合成

-偶联响应历史上新的一页-

理化学参谋所(理研)环境资源科学参谋中心功能有机合成化学参谋小组高档参谋员浅子壮好意思男同 sex、埃利埃什·劳瑞恩小组组长等的外洋和谐参谋小组具有邃密的可握续性和环境协作性钠( 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]的配置得胜了。

本参谋闭幕如下:锂( Li )[5]や钯( Pd )[6]在给出摆脱这些依赖于独特金属的交叉偶联响应的诱导宗旨的同期，期待着构筑新一代有机合成法所条件的“可握续有机合成”的学理。

为了合成具有盘算推算分子结构的分子，有一种技艺是起初部分合成该分子，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技艺有联结并吞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腾贵且有毒性的钯，肇端原料(举例含锌或硼有机金属响应剂[7])的调制中也无数使用了独特元素锂。 因此，但愿配置出使用丰富资源的可握续偶联响应。

此次，外洋共同参谋小组活着界上初次达成了将地球上丰富且深广存在的钠看成有机响应剂，将铁用作催化剂的交叉偶联响应。

本参谋左证科学杂志《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

为了合成具有盘算推算分子结构的分子，有一种技艺是起初部分合成该分子，然后使其分子零件联结。 其中有联结换取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有效的响应。 在将带负电荷有机金属响应剂相互连合的情况下，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])相连合成新有机化合物的响应。 通过在看成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)，不错按照响应瞎想在盘算推算位置造成新的键。 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参谋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，随机会以含有锂的化合物为前言，但锂是独特金属，存在资源不均和价钱高涨的风险。 因此，但愿从独特金属锂替代为丰富且深广存在的钠。

另外，从连年振奋的钠离子电板的参谋中，也不错看出那样的机会的高涨。 然则，由于有机钠化合物的高效制备技艺自身直到最近还不存在，是以使用钠的有机合成的配置大大落伍。

内容上，使用金属钠(块)的偶联响应( Wurtz，Fittig，Wurtz-Fittig响应)被觉得是“最陈旧的偶联响应”。 然则，由于难以生成活性高的有机钠化合物和闭幕响应，平时发生副响应，难以高效地只获取盘算推算产品，在近一个半世纪的时候里被漠视了。

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浅子高档参谋员们配置了使用在矿物油均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技艺，并回报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独特金属锂的前驱性参谋，然则看成偶联响应的催化剂需要使用独特金属钯。

因此，外洋共同参谋小组通过将有机钠化学和最新的有机过渡金属化学领悟，精密闭幕“最陈旧的偶联响应”Wurtz-Fittig响应，向有效的合成技艺进行了挑战。 而且，为了进一步阐扬有机钠化合物所具有的资源上风，咱们的盘算推算是配置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 )参谋技艺和闭幕

外洋共同参谋小组使用SD，对氯化芳基(顺利复原法)注1 )或溴化芳基(卤素-钠交换)注2 )是以以着实100%的遵循调制了有机钠响应剂。 由于着实莫得高响应性的副产品男同 sex，是以制备的有机钠响应剂不错清爽存在一段时候。 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配置建议了挑战。

起初，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参谋，解舒服现di-tert-butyl peroxide(DTBP )以最佳的收率提供了同质偶联体。 通过在顺利复原法和卤素-钠交换制备的多样有机钠响应剂中添加DTBP看成氧化剂，期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看成亲核试剂、卤代烷看成亲电试剂、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，对倡导瞎想中的量体外部名义积进行分析。

本参谋通过分为(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，扼制了Wurtz-Fittig响应中出现的副响应，收场了响应遵循的最大化。

标明了使用本技艺，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的可握续合成的例子。 收率( % )暗意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。 不错将胆固醇繁衍物官能团化。 收率( % )暗意纯化操作后分离收率。

为了在分子水平上论说交叉偶联响应机理，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 (扩散对都光谱法)[11]履行；及x射线晶体结构分析[12]来分析结构。

起初，发现TMEDA通过部剖判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，对事先配位了TMEDA的Fe络合物，分袂转变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参谋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在催化剂轮回的起初从亲电试剂脱手烷基目田基[15]咱们发现，Fe-1分袂在拿获烷基目田基和产生偶联产品方面阐扬着紧要的作用。

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闭幕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证据了。( 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。

今后的期待

资源匮乏的日本许多元素资源都依赖入口。 为了惩处这么遑急的课题，日本称“元素策略[16]”的不雅点将独特元素置换为深广元素的参谋正在盛行。 锂是代表性的独特元素，跟着2019年诺贝尔化学奖获奖参谋锂离子电板的制造配置，不错料到今后锂的需求也会握续高涨。 在这么的布景下，将资源珍稀且偏在的锂替换为丰富且深广存在的钠的参谋在二次电板范围很盛行，但在有机化学范围起步较晚。

我觉得，本参谋闭幕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头前了期骗钠和铁的可握续响应，在科学上也具有久了的兴味兴味 今后，咱们也领悟过有机钠化学的开发，在配置锂的替代技艺的同期，为了大约配置出不属于单纯的替代技艺的有机钠化学才有可能的科学技艺而络续股东参谋。 期待本参谋的尽力有助于有机合成中脱独特金属这一命题注3 )。

此次的参谋是和谐国规章的17个盘算推算“可握续发展盘算推算( SDGs )[17]”中“9 .为产业和技艺纠正奠定基础”“12 .制造背负承担背负”作念出了盛大孝敬的闭幕。

注3 )2022年12月22日参谋前沿“用钠打摆脱独特金属的宇宙」补充证明1.钠( Na )钠( Na )是原子编号为11的碱金属元素。 钠这个称呼开始于德语，在英语中暗意为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，铁是地坛中都备丰富的过渡金属，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联结的响应。 氧化同质偶联响应是指两个换取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相互相连造成新的碳-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，以配置者的名字(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。 看成组成该响应的身分，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，催化剂自身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。 无论是储量还是产量，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。 在有机合成范围，它平时看成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、硼看成金属的物资等在有机合成中被无为期骗。8.氧化剂在化学响应中从反疏漏象哪里夺取电子，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闻明，通过与金属造成络合物来诊疗金属的响应性，擢升在有机溶剂中的融解性。 结构式参照下图。

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10.会合体并吞分子采集多个，像单一分子同样行动的表象称为缔合。 阿谁缔合的分子的采集叫作念缔合体。11.1H DOSY NMR (扩散对都光谱法)是核磁共振( NMR )分析法的一种，期骗混杂物中不同分子的扩散统共的各别不错进行光谱分离。 本参谋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技艺之一。 对晶体映照x射线后，通过原子周围的电子左证晶体结构向特定的处所衍射，左证其强度不错获取电子密度的三维漫衍图。 通过分析该衍射图案，不错获取结晶情状的分子结构。 本参谋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。 平时具有碳-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联系于肇端原料使用1当量(化学计量)以上时，其响应称为计量响应。 为了探问金属催化响应的响应机理，随机进行金属的计量响应履行。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须7个(得志八位( Octet )定律的8个清爽)，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.元素策略在日本建议并界说的用语、想法、倡导。 在日本第3期科学技艺基本筹办中被界说，在文部科学省和经济产业省的主导下看成国度策略之一被股东。 而且，这不仅是日本的策略，亦然谋求科学突出，挖掘多样元素所具有的潜能，收场不依赖于元素资源的全宇宙和平与握续社会的科学倡导。 英文称呼为元素策略开动化( ESI )。17.可握续发展盘算推算( SDGs )2015年9月和谐国峰领悟过的《可握续发展2030议程》所载2016-2030年外洋盘算推算。 由收场可握续宇宙的17个至极、169个盘算推算组成，不仅是发展中国度，发扬国度自身也在尽力收场通用(深广)，日本也在积极地尽力(从外务省主页进行了一部分变更后转载)。外洋和谐参谋小组

理化参谋所环境资源科学参谋中心功能有机合成化学参谋小组

领队埃利·埃施劳莱恩( ILIES Laurean )

高档参谋员浅子壮好意思

基础科学畸形参谋员高桥一光

伯尔尼大学(瑞士)

西宾赫维娅·伊娃( HEVIA Eva )

参谋员托尔塔哈达安德烈( TORTAJADA Andreu )

博士参餬口安德森·大卫( ANDERSON E. David )

参谋赈济

本参谋是日本学术振兴会( JSPS )科学参谋费资助业绩基础参谋( b )“期骗丰富清爽化合物开发可握续有机合成(参谋代表者:浅子壮好意思)”、 该年青东谈主的参谋“由有机催化剂和深广金属催化剂引颈的有机钠化学(参谋代表者:高桥一光)”“用铁催化剂和有机钠化合物开发的可握续精密有机合成(参谋代表者:高桥一光)”、 文部科学省( MEXT )科研经费资助业绩学术变革范围参谋( a )“螺吡啶的光功能开发(参谋代表:浅子壮好意思)”、福冈直彦驰念财团参谋资助(参谋代表:浅子壮好意思)、服部报公会工学参谋奖励援助金(参谋代表:浅子壮好意思)、离子工程振兴财团参谋资助

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

理化参谋所

环境资源科学参谋中心 功能有机合成化学参谋小组

领队埃利·埃施劳莱恩( ILIES Laurean )

高档参谋员浅子壮好意思

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伊利埃施劳莱恩

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