从1901年以来,其中有50次颁给了生物化学领域,几乎占化学奖的一半。除了生物化学领域,诺贝尔化学奖主要授予那些在化学学科中提出了重要理论学说、或 者为某个化学分支做出了突出贡献的化学家,也有一些科学家因为著名的人名反应和人名试剂而获诺奖,这些反应和试剂都是教科书级的经典反应,特点都是反应温和、可以调控、应用广泛,值得化学党们学习和思考,希望通过我们的盘点,对您有所启迪,看看这些经典你知道有几分,爱她有多深。
1,格氏试剂和格氏反应(Grignard Reagent and Grignard Reaction)
1912 年,法国化学家格利雅(Victor Grignard)因发明有机镁试剂及其在有机合成中的反应而和法国化学家萨巴蒂埃(发明有机化合物的催化氢化)共同获得诺贝尔化学奖,有机镁试剂也称为 格氏试剂,格氏试剂参与的反应被称为格氏反应,这也是有机化学中最经典最基本的反应之一,被收录在基础有机化学教材中。格利雅是在他的老师Barbier 的工作基础上发展的格氏试剂和格氏反应,格氏反应操作更简便,应用更广泛,是非常重要的碳碳键生成方法。
更重要的是这里体现了一个很重要的化学思想——极性翻转,亲电性的卤代烷在和金属镁作用后,生成了亲核性极强的格氏试剂,可以和醛、酮、酯、环氧、二氧化碳 等很多亲电试剂反应,使得格氏反应的应用非常广泛。另外,格氏反应也极大地促进了有机化学的发展,同时把金属和有机化学联系了起来,算得上金属有机的先驱 了。
2,第尔斯-阿尔德反应(Diels-Alder Reaction)
1950年,诺贝尔化学奖授予了德国化学家第尔斯和他的学生阿尔德,以表彰他们在双烯合成法(Diels-Alder Reaction,简称DA反应)方面的贡献。
DA 反应也是非常重要的碳碳键生成方法,同时也是构建六元环的非常重要的方法,更是有机化学中最经典最基本的反应,收录在基础有机化学教材中。DA反应的优势 在于:一步构建了六元环,形成两个新的碳碳键,最多可以构建四个手性中心,因此,DA反应也是构建连续手性中心的强力手段之一。
自DA反应发现以来,就引起了化学界的广泛重视,各种亲双烯体、双烯体被发展起来,逆DA、杂DA、DA串联的反应等都得到了很好的发展,不对称DA更是被发展的完美可控,DA反应在天然产物合成中更是被广泛采用,优势发挥的淋漓尽致。
3,齐格勒-纳塔催化剂(Ziegler-Natta Catalyst)
1963 年诺贝尔化学奖授予了德国化学家卡尔—齐格勒和意大利化学家居里奥—纳塔,他们因为发明并改进了用于高分子聚合的一种有机金属催化剂而获奖——齐格勒-纳 塔催化剂,这是由四氯化钛-三乙基铝[TiCl4-Al(C2H5)3]组成,1953年前后由齐格勒和纳塔发明,适用于常压催化乙烯聚合,所得聚乙烯具 有立体规整性好、密度高 、结晶度高等特点 。
齐格勒-纳塔催化剂也带动了研究与不同金属配合的配位聚合催化剂,这些催化剂属于定向催化剂,能严格控制聚合物的化学结构,适合于合成规整性的高聚物。
4,维悌希反应(Wittig Reaction)
德国化学家维悌希(Georg Wittig)因发现Wittig反应而与布朗(布朗硼氢化反应)共同获得1979年的诺贝尔化学奖。
由于磷原子具有空的3d轨道,可以容纳相邻碳原子的负电荷,使得磷叶立德的稳定性提高,将磷叶立德和醛酮反应,羰基转化为相应的烯烃,这就是Wittig反 应。Wittig反应条件温和且收率较高,能够合成一些难以制备的烯烃,而且各种改进版本使得Wittig反应得到双键的顺反可控,因此Wittig反应 在医药、农药、化妆品等工业生产中得到了广泛的应用,同样是经典的教科书级的反应。但是由于Wittig反应中生成了较多的三苯氧磷,不符合原子经济性的 要求,现在应用有所减少。
5,布朗硼氢化反应(Brown Hydroboration Reaction)
英国化学家布朗(Herbert C . Brown)因研究有机硼试剂及其在有机合成中的反应(布朗硼氢化反应)而和Wittig一起获得1979年的诺贝尔化学奖。
布朗用含有B-H的化合物处理烯烃,再用H2O2氧化就得了醇,这是顺式加成、反马氏规则的。硼氢化氧化是将烯烃转化为相应的醇的经典方法,也是基础化学必修内容。这一反应是H、C、B结合的反应,恰好与布朗(H. C. Brown)的名字暗合。
布朗开拓的有机硼试剂及其在有机合成中的反应,促进了有机硼化学的发展,在教学、科研和精细有机化学生产中得到广泛应用。
6,Noyori反应
日本化学家Noyori(野依良治)因使用新型催化剂进行不对称氢化反应方面的贡献而和人分获2001年的诺贝尔化学奖。
Noyori发现了一种新型手性双膦配体BINAP(2,2’-双二苯膦-1,1’联萘),其中任何一个对映体和Rh(I)或者Ru(II)形成的配合物都具有极高的活性,可以不对称地氢化双键或者还原羰基,都能得到优秀的ee值。
7,夏普莱斯(Sharpless)不对称双羟化、不对称环氧化
美国化学家夏普莱斯(Sharpless)因为在烯烃的催化不对称氧化方面(包括不对称双羟化、不对称环氧化)的贡献和人分获2001年的诺贝尔化学奖。
Sharpless 发现在四异丙氧钛和酒石酸二乙酯存在下,无水过氧叔丁醇能立体选择性地将烯丙醇中的碳碳双键氧化得到环氧化合物,不同构型的酒石酸酯可以控制得到一定构型 的环氧,并且ee值非常优秀。当加入分子筛做吸水剂时,催化量的四异丙氧钛和酒石酸二乙酯就可以完成反应,这就是Sharpless不对称环氧化。
Sharpless也通过使用金鸡纳碱手性催化剂、四氧化锇等实现了双键的不对称双羟化,同样可控,ee值非常优秀。
Sharpless 因在不对称氧化方面的杰出贡献,与诺尔斯(Knowles,烯烃的不对称催化氢化)和Noyori共同获得2001年的诺贝尔化学奖,其中的一半奖金归 Sharpless,另一半由诺尔斯和Noyori分享。他们所发展的反应在合成中是引入手性的重要途径,而且手性可控也使得这些反应在工业生产中得到了 广泛应用,更重要的是促进了不对称化学方面的发展。
8,Grubbs催化剂
2005年诺贝尔化学奖授予了在烯烃复分解反应方面做出突出贡献的三位科学家:法国科学家肖万、美国化学家施洛克和格拉布(Grubbs)。
肖万主要是提出了合理的烯烃复分解反应机理,提出金属卡宾络合物是反应的有效催化剂。施洛克发现了Mo和W的卡宾络合物催化剂即施洛克催化剂。Grubbs 在施洛克催化剂的基础上,发现了新的Ru卡宾催化剂,通过不断的发展和完善,成为了商品化的第一代Grubbs催化剂和第二代Grubbs催化剂,这也是 现在RCM等复分解反应中常用的催化剂。
更重要的是他们提出的很重要的化学思想——复分解反应,通俗点讲就是“交换舞伴”,十几年来,烯烃复分解反应、烯炔复分解反应、炔烃复分解反应都得到了十足的发展,是有机合成和工业生产中常用的碳碳键生成策略和环系构建策略。
9,Heck反应、Negishi反应、Suzuki反应
2010年的诺贝尔化学奖授予美国化学家赫克(Heck)、日本化学家Negishi和Suzuki,以表彰他们在钯催化的偶联反应中作出的贡献,他们发展的反应分别是Heck反应、Negishi反应和Suzuki反应。
Heck反应:
Negishi反应:
Suzuki反应:
芳基或烯基卤代物等在Pd(II)催化下与烯烃的偶联反应称为Heck反应,也有称为Mizoroki-Heck反应。Negishi偶联反应指的是有机锌 试剂与卤代烃等在镍或钯催化剂作用下的反应。Suzuki反应是指在碱的作用下钯催化的有机硼化合物与卤代烃的偶联反应,也称为Suzuki- Miyaura偶联。
这些偶联反应都是碳碳键形成的重要反应,近年来,围绕 Heck 反应、Negishi 反应和 Suzuki 反应,化学家发展了一些新的反应方法和条件:如Ni代替Pd 进行催化的交叉偶联反应;Cu 催化(CuI 催化剂)的 Heck 反应,相对 Pd 和 Ni 催化剂更为经济;Fe催化的 Suzuki 反应和Negishi反应,催化剂廉价易得且产率较高。而且反应条件已经从严格的无水无氧操作到现在可以在水相反应体系中进行。这些反应目前都发展的非常 成熟,条件越来越温和,在天然产物全合成和工业生产中都有广泛的应用。
人名反应和人名试剂是化学尤其是有机化学的基础和柱石,那些获得诺奖的反应和试剂则更是基础中的基础,经典中的经典,您读了之后有何感想,下个有可能获得诺奖的反应又是什么呢?
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