三人分享复代工作奖

化学和制药行业每天都在使用的一种化学反应是今年诺贝尔化学奖的焦点。该奖项由法国Pétrole研究所的伊夫·肖文(Yves Chauvin)联合颁发;美国麻省理工学院Richard Schrock教授;美国加州理工学院的罗伯特·格拉布斯，“发展了有机合成中的复分解法”。

转位，字面上的意思是改变位置，提供了一种破坏和重建碳碳双键的方法。在烯烃(烯烃)复分解过程中，烯烃中的碳碳双键被破坏和重组，取代基被交换。

催化复分解反应缩短了合成路线，产生了更多的产物，从而产生了更清洁、更环保的生产。施罗克说:“你可以用五步完成一件事，而不是用10到15步完成。”它在制药行业、生物技术行业和食品生产中具有巨大的商业潜力。

新的复分解催化剂也广泛应用于聚合物合成，最近的研究主要集中在创造具有特定特性的聚合物。其他应用包括合成昆虫信息素，除草剂，以及聚合物和燃料的添加剂。英国南安普顿大学的有机化学家理查德·布朗说:“实用的明确定义的复分解催化剂的发现，在相对较短的时间内，将环闭合复分解反应从一个研究好奇的水平推进到一个非常强大和广泛适用的合成工具。”

工业的发现

催化复分解最早是在20世纪50年代由工业研究人员发现的，尽管当时的机制还不清楚。许多专利描述了烯烃聚合的催化作用，包括1957年美国杜邦公司的赫伯特·埃吕特里奥(Herbert Eleuterio)的一项专利，该专利描述了不饱和聚合物的形成。早期将乙烯聚合成聚乙烯的尝试只产生了饱和聚合物。

催化复分解于20世纪50年代在工业上首次被发现，但其机制尚不清楚

同年，另一项专利表明，丙烯可以在氧化铝上用三异丁基铝和氧化钼的混合物处理后转化为丁烯和乙烯。

很久以后，美国固特异轮胎和橡胶公司的尼西姆·卡尔德龙发现了这两个发现之间的联系。卡尔德龙表明，在两个过程中都发生了相同类型的反应，他称之为烯烃复分解。

然而，复生的机制仍然是一个谜。

1971年，伊夫·肖文和他的学生让-路易斯·H?Rrison发表了他们的复生机制。在烯烃的复分解过程中，金属碳烯(后来称为金属烷基化物)作为催化剂，在两种不同的烯烃之间进行烷基烯的交换，从而产生两种全新的烯烃。

在这个机理中，第一阶段金属亚甲基(金属烷基烯)与烯烃反应，形成金属环丁烷中间体。在接下来的步骤中，两个单键被打破，得到了一个新的烯烃(乙烯)和一个新的金属烷基烯。在第三步，这种新的金属烷基与原来的一个烯烃结合，形成新的金属环丁烷。在最后一阶段，中间分子被分解，得到一个复分解产物并重整金属亚甲基催化剂。

结果是两个分子交换了烷基烯基团;它们经历了复生。Chauvin的机制解释了所有烯烃复分解的早期结果。

肖万向诺贝尔基金会描述了自己的工作，他说:“那是一个周日的下午，在我的公寓里，天气很糟糕，我突然说‘哦，是的，这很明显’。”你瞧?，as simple as that. But that happens to lots of others in science, that it is while you are resting that great ideas come to you.’

Chauvin和他的同事们对这种机制也有实验支持，这是其他提出的机制无法解释的。它还得到了Schrock和Grubbs等人的强有力的实验支持，现在已经被普遍接受。

发展的催化剂

化学家们看到了复分解的巨大潜力。但它在有机化学中的应用是困难的，因为现有的催化剂对空气和水分敏感，产生副反应，而且寿命相对较短。需要稳定和定义明确的催化剂，其反应活性可以调整以适应目的。

Schrock于1972年加入杜邦，被其充满活力的基础研究所吸引。该公司允许研究人员选择自己的研究，前提是研究与该公司的某项兴趣有某种关系，当时该公司的兴趣包括聚乙烯、聚丙烯和聚烯烃的研究。“钽与能聚合烯烃的金属并不是很远，所以这是研究有机金属化学和钽的理由，”施罗克说。

他试图合成一种钽络合物[Ta(CH)₂芝加哥商品交易所_3.）₅]，预计将保持稳定。然而，他分离出的是第一个稳定的金属烷基烯配合物。“我知道我发现了一些有趣的东西。这种化合物让我找到了这些催化剂。他说，这对教会我应该往哪里走很有帮助。施罗克尝试了其他的钽烷配合物，包括第一种亚甲基配合物。他还发现金属环丁烷形成了。但这些配合物均不能催化烯烃复分解。

1980年，Schrock和他在麻省理工学院的研究小组(他1975年搬到那里)报告了一种钽-烷基乙烯配合物，它催化了独联体2-pentene。这在其他配合物失效的地方起了作用因为它含有醇氧配体。

他逐渐了解了哪些金属可以被使用。钼和钨很快就被认为是最合适的。Schrock和他的团队致力于寻找这些金属的烷基乙烯配合物。研究最终产生了一系列钼和钨烷基乙烯配合物，其中最有效的是在1990年报道的。一种是商业上可用的，这些化合物现在是最活跃的烯烃复分解催化剂。

但这些催化剂不稳定，对氧和水敏感。格拉布斯认识到这一点，并与他的同事发现三氯化钌即使在水中也能聚合烯烃。朱里奥·纳塔(Giulio Natta)已经用氯化钌作为环丁烯开环聚合的催化剂。Grubbs认为这种催化剂也适用于金属碳烯机制。

1992年，Grubbs和同事报告了他们第一个分子定义明确的钌-卡宾配合物。为了提高催化剂的反应活性，将其苯基交换为环己基。这种变化产生了所需的反应活性，催化剂聚合了未应变的烯烃，并诱导与无环烯烃发生反应。它促进了许多与Schrock的钼基烷基乙烯配合物相同的反应，但具有更大的官能团耐受性，并且可以使用标准的有机技术处理。

随着对大量催化剂需求的增长，就需要更有效的合成。1995年，Grubbs报道了一种新的分子定义明确的催化剂。其中一种已经商业化，被称为第一代格拉布斯催化剂。这仍然是许多有机化学家首选的复分解催化剂。

然而，格拉布斯的催化剂存在一些问题。在一些困难的关环反应中，合理的催化剂负载下，其寿命太短，无法获得较高的收率。需要改进。

Grubbs的小组得出结论，该反应首先涉及催化剂的一个膦解离生成反应性钌中间体。为了加速解离，格拉布斯用环取代了其中一个膦国际清算银行-氨基卡宾配体。

沃尔夫冈·赫尔曼(Wolfgang Herrmann)早些时候用两种这样的卡宾配体合成了钌配合物，但它们只表现出中等的催化活性。

在只有一种配体的Grubbs催化剂中，剩余磷化氢的解离率增加，从而增加了复分解活性。Steven Nolan和Alois F?rstner和Herrmann在1999年。

新的，更活泼的催化剂被称为第二代格拉布斯催化剂，它们是最常用的高效交叉复分解反应。

Grubbs的成功激励了包括Amir Hoveyda、Peter Hofmann、Karol Grela和Siegfried Blechert在内的其他人改进钌基催化剂以获得新的应用。

延长生命周期

化学家们现在正试图制造出更活跃、更高效的催化剂，同时也试图阻止限制催化剂寿命的分解反应。施罗克说:“改进催化剂、防止分解、延长它们的寿命还有很大的空间。”

还有很大的空间来改进催化剂，防止分解，使它们的寿命更长

Schrock也在与Hoveyda合作研究不对称复分解。另外，他正在看莫诺-醇氧化合物是一种新型催化剂。“我们认为它们不会很有趣，但它们可能会比老鼠更活跃。国际清算银行-alkoxides。20年后国际清算银行-醇氧化合物莫诺——由于我们不完全理解的原因，这可能会更加被动。”

至于未来的应用，施罗克说:“这完全取决于想象力。”“如果你想在细胞中进行烯烃复分解，可能没有一种催化剂可以做到这一点，但也许你可以梦想用一种合适的催化剂来做这样疯狂的事情。”