无手性代表:Mo 1 / Ru 2 / Ru 3
同一张图里放着前周期(Mo)与后周期(Ru)的对照,是「为什么换金属」最直观的一页。
Olefin Metathesis — Discovery, Mechanism and Catalysts
碳碳双键被切开,再以另一种方式拼起来。这个反应 1955 年在三家工业实验室里被各自看见, 1971 年得到一个当时还无法被验证的机理假设, 1990 年才第一次拿到可以分离的分子,1995 年后成为合成路线图上的常规工具, 2011 年之后问题变成「能不能定向」。
每次进步都不是新反应,而是给同一个反应补上一块原来缺的证据或配体
点击任一时间点跳到对应阶段。脉络的另一种读法: 现象先于概念(1955–1967)→ 假设先于证据(1971–1990)→ 结构先于工具(1990–1995)→ 工具先于控制(1999–2011)。
工业界先看到现象,学术界后给出解释
三家工业实验室各自在自己的装置里看到同一个现象:碳碳双键被切开又重新拼起来。它们一个叫歧化,一个叫开环聚合,没人意识到是同一件事。Goodyear 的 Calderon 用均匀催化体系把它从「工业怪现象」变成了「可研究的反应」,并给出了第一份定量证据——产物分布符合纯随机组合。随后 Chauvin 在没有直接证据的情况下提出金属亚烷基机理,Grubbs 与 Katz 两个课题组用同位素实验互相检验。
Calderon 1967 提出 metathesis,并用 W/Al 均匀体系证明烷叉基互换。
2-戊烯与 6-十二烯的产物分布与理想随机组合完全重合,排除链增长。
Chauvin 1971 提出「金属亚烷基 + 金属杂环丁烷」,当时该物种尚无法分离。
Grubbs 1972/1975 与 Katz 1975 用同位素标记给出两条独立证据链。
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把假说里的物种,做成一个可以设计的分子
Schrock 组用了十年,把「金属亚烷基」从纸面上的符号变成了可以分离、可以按配体设计的分子。1980 年的钨氧代亚烷基第一次给出明确结构,1990 年 Mo 亚烷基系列把结构-活性关系建立起来。与此同时 Grubbs 组把同样的思路搬到钌上:既然 Mo 的强亲氧性让它在空气里就失活,那就换一个不亲氧的金属——用「不活泼」去换「耐受」。
钨氧代亚烷基配合物,第一次有明确结构的复分解催化剂。
W/Mo 亚烷基系列系统合成,1988 年 JACS 与 1990 年 JACS 两篇。
Grubbs Ⅰ 代:PCy₃ 版 RuCl₂(=CHPh)(PCy₃)₂,活性与耐受兼得。
配体效应系统研究,解释了Ⅰ 代为什么是这个结构。
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从「能反应」到「人人都能用」
有了可设计的分子,接下来是把它变成实验室里的常规试剂。1999 年 Grubbs 把 Ⅰ 代的一个 PCy₃ 换成 NHC(H₂IMes),Ⅱ 代诞生:给电子更强、引发更快、催化量降下来。同一年 Hoveyda 型把苄叉改成异丙氧基苄叉,让催化剂能空气稳定、可回收。2003 年的三卷本手册把这一代知识固化下来。
Ⅱ 代:一个 PCy₃ 换成 H₂IMes,NHC 强 σ 给电子 + 大位阻。
Hoveyda 型:O→Ru 螯合「锁住」催化剂,空气稳定、可回收。
《Handbook of Metathesis》三卷本出版,领域有了标准参考。
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三个人改写同一件事的三个层次
2005 年诺贝尔化学奖颁给 Chauvin、Schrock、Grubbs——分别对应机理、结构、工具三个层次。这在诺奖史上并不常见:多数奖项只奖励一个层次。随后的几年里,两本 Chem. Rev. 综述与两版手册把散落在各组的催化剂编号、活性数据、分解路径整理成体系;Hoveyda 与 Zhugralin 在 Nature 上的综述则把应用侧(药物大环、天然产物)摊开给合成化学界看。
诺奖:Chauvin 机理、Schrock 结构、Grubbs 工具,三者互补不可替代。
三篇诺奖讲座:得主用第一人称讲自己那条线,包括当年的错误判断。
Nature 综述:应用全景,含 BILN 2061 的 400 kg 工业规模。
两本 Chem. Rev. + 两版手册,把体系变成可查的教材。
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问题从「能不能反应」变成「能不能定向」
Ⅱ 代解决了「能不能用」,但留下一个硬伤:交叉复分解的 E/Z 选择性基本是热力学平衡值。2011 年起,螯合配体(Grubbs 组)与大位阻芳氧基(Schrock/Hoveyda 组)两条路线几乎同时把 Z-选择性做到可控,并立刻用于大环天然产物合成。另一条支线把复分解用于「拆」:让交联网络可重排(vitrimer)、让聚烯烃解聚回单体。近年还有换金属(铁催化 ROMP)与加外场(光热激活)两条新方向。
Z-选择性:Endo & Grubbs 螯合 Ru;Meek/Hoveyda 的 Z-选择性 CM。
改良版 Z-选择性 Ru 与「便宜版」设计,把选择性做成常规工具。
化学回收:vitrimer 可重排网络,熔环单体实现闭环解聚。
铁催化 ROMP、等离激元光热激活、立构受控 ADMET。
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Mo 给结构与活性,Ru 给耐受,NHC 给引发速率,手性配体给选择性
同一张图里放着前周期(Mo)与后周期(Ru)的对照,是「为什么换金属」最直观的一页。
手性配体把 E/Z 与对映选择性变成可调参数,代价是活性下降、底物范围收窄。
RuCl₂(=CHPh)(PCy₃)₂。1995 年商品化,用 PCy₃ 换来功能团耐受。
一个 PCy₃ 换成 NHC,引发更快、催化量更低。
Grubbs 诺奖讲座里的原图,同一骨架、换一个配体就换代。
Fürstner–Herrmann、Nolan–Grubbs、Grubbs 三组几乎同时报道。
研讨文档给了 11 条文献,全部是二手总结:原始研究论文 0 篇
文档 11 条全部是综述、专著或诺奖讲座,没有一篇原始研究论文。研讨文档 9 个引导问题里的第 1、2、3 问(谁发现、谁解释、谁证实)答案只在原始论文里,综述只能给结论,给不了「他当时面对什么反证」。
Grubbs Ⅰ 代(1995 Angew)、Ⅱ 代(1999 Org. Lett.)、Hoveyda 型(1999 JOC / 2000 JACS)三篇都不在清单里,而它们正是文档子题 3「后周期金属催化剂」的全部内容。
清单最晚一篇是 2010 年。而文档子题 4 问「Z/E 选择性如何调控」——Z-选择性整个是 2011 年之后的成果;化学回收、铁催化、光热激活同样缺席。
《有机化学》2001/2001/2005/2010/2020 五条,Crossref 未收录,本次未能取得 DOI 与页码核对。建议按 CNKI 或纸质目录核对后再引用。
只读这 45 篇文献与 23 张图:能答就标注来源并跳到对应章节;站内没有的,它会直说没有,不会编。
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| 年份 | 类型 | 作者 | 期刊 | 标题 | 阶段 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1964 | 原始 | Banks, R. L.; Bailey, G. C. | Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. | Olefin Disproportionation. A New Catalytic Process | 01 现象 → 机理之争 |
| 1964 | 原始 | Natta, G.; Dall'Asta, G.; Mazzanti, G. | Angew. Chem. Int. Ed. | Stereospecific Homopolymerization of Cyclopentene | 01 现象 → 机理之争 |
| 1967 | 原始 | Calderon, N.; Chen, H. Y.; Scott, K. W. | Tetrahedron Lett. | Olefin metathesis – A novel reaction for skeletal transformations | 01 现象 → 机理之争 |
| 1968 | 原始 | Calderon, N.; Ofstead, E. A.; Ward, J. P. | J. Am. Chem. Soc. | Olefin metathesis. I. Acyclic vinylenic hydrocarbons | 01 现象 → 机理之争 |
| 1971 | 原始 | Hérisson, J.-L.; Chauvin, Y. | Makromol. Chem. | Catalyse de transformation des oléfines par les complexes du tungstène. II | 01 现象 → 机理之争 |
| 1972 | 原始 | Grubbs, R. H.; Brunck, T. K. | J. Am. Chem. Soc. | Possible intermediate in the tungsten-catalyzed olefin metathesis reaction | 01 现象 → 机理之争 |
| 1975 | 原始 | Katz, T. J.; McGinnis, J. | J. Am. Chem. Soc. | Mechanism of the olefin metathesis reaction | 01 现象 → 机理之争 |
| 1975 | 原始 | Grubbs, R. H.; Burk, P. L.; Carr, D. D. | J. Am. Chem. Soc. | Mechanism of the olefin metathesis reaction | 01 现象 → 机理之争 |
| 1978 | 原始 | Tebbe, F. N.; Parshall, G. W.; Reddy, G. S. | J. Am. Chem. Soc. | Olefin homologation with titanium methylene compounds | 01 现象 → 机理之争 |
| 1980 | 原始 | Wengrovius, J. H.; Schrock, R. R. 等 | J. Am. Chem. Soc. | Multiple metal-carbon bonds. 16. Tungsten-oxo alkylidene complexes | 02 结构确立 |
| 1988 | 原始 | Schrock, R. R.; DePue, R. T.; Feldman, J. 等 | J. Am. Chem. Soc. | Preparation and reactivity of several alkylidene complexes of the type W(CHR')(NAr)(OR)2 | 02 结构确立 |
| 1990 | 综述 | Schrock, R. R. | Acc. Chem. Res. | Living ring-opening metathesis polymerization catalyzed by well-characterized catalysts | 02 结构确立 |
| 1990 | 原始 | Schrock, R. R.; Murdzek, J. S.; Bazan, G. C. 等 | J. Am. Chem. Soc. | Synthesis of molybdenum imido alkylidene complexes and some reactions | 02 结构确立 |
| 1995 | 原始 | Schwab, P.; France, M. B.; Ziller, J. W.; Grubbs, R. H. | Angew. Chem. Int. Ed. | A Series of Well-Defined Metathesis Catalysts – [RuCl2(=CHR')(PR3)2] | 02 结构确立 |
| 1996 | 原始 | Schwab, P.; Grubbs, R. H.; Ziller, J. W. | J. Am. Chem. Soc. | Synthesis and Applications of RuCl2(=CHR')(PR3)2 | 02 结构确立 |
| 1999 | 原始 | Scholl, M.; Ding, S.; Lee, C. W.; Grubbs, R. H. | Org. Lett. | Synthesis and Activity of a New Generation of Ruthenium-Based Catalysts | 03 工具化 |
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| 2006 | 综述文档原列 | Chauvin, Y. | Angew. Chem. Int. Ed. | Olefin Metathesis: The Early Days (Nobel Lecture) | 04 诺奖与体系化 |
| 2006 | 综述文档原列 | Schrock, R. R. | Angew. Chem. Int. Ed. | Multiple Metal–Carbon Bonds for Catalytic Metathesis Reactions (Nobel Lecture) | 04 诺奖与体系化 |
| 2006 | 综述文档原列 | Grubbs, R. H. | Angew. Chem. Int. Ed. | Olefin-Metathesis Catalysts for the Preparation of Molecules and Materials (Nobel Lecture) | 04 诺奖与体系化 |
| 2007 | 综述文档原列 | Hoveyda, A. H.; Zhugralin, A. R. | Nature | The remarkable metal-catalysed olefin metathesis reaction | 04 诺奖与体系化 |
| 2009 | 综述文档原列 | Samojłowicz, C.; Bieniek, M.; Grela, K. | Chem. Rev. | Ruthenium-Based Olefin Metathesis Catalysts Bearing N-Heterocyclic Carbene Ligands | 04 诺奖与体系化 |
| 2010 | 综述文档原列 | Vougioukalakis, G. C.; Grubbs, R. H. | Chem. Rev. | Ruthenium-Based Heterocyclic Carbene-Coordinated Olefin Metathesis Catalysts | 04 诺奖与体系化 |
| 2010 | 综述文档原列 | Lozano-Vila, A. M.; Monsaert, S.; Bajek, A.; Verpoort, F. | Chem. Rev. | Ruthenium-Based Olefin Metathesis Catalysts Derived from Alkynes | 04 诺奖与体系化 |
| 1972 | 综述文档原列 | Calderon, N. | Acc. Chem. Res. | Olefin metathesis reaction | 01 现象 → 机理之争 |
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| 2003 | 综述 | Grubbs, R. H. (Ed.) | Wiley-VCH(专著,3 卷) | Handbook of Metathesis (1st ed.) | 03 工具化 |
| 2015 | 综述 | Grubbs, R. H.; Wenzel, A. G. (Eds.) | Wiley-VCH(专著,3 卷) | Handbook of Metathesis (2nd ed.) | 04 诺奖与体系化 |
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| 2012 | 原始 | Keitz, B. K.; Endo, K.; Patel, P. R. 等 | J. Am. Chem. Soc. | Improved Ruthenium Catalysts for Z-Selective Olefin Metathesis | 05 选择性时代 |
| 2011 | 原始 | Meek, S. J.; O'Brien, R. V.; Llaveria, J.; Schrock, R. R.; Hoveyda, A. H. | Nature | Catalytic Z-selective olefin cross-metathesis for natural product synthesis | 05 选择性时代 |
| 2011 | 原始 | Yu, M.; Wang, C.; Kyle, A. F. 等 | Nature | Synthesis of macrocyclic natural products by catalyst-controlled stereoselective RCM | 05 选择性时代 |
| 2011 | 原始 | Peryshkov, D. V.; Schrock, R. R. | J. Am. Chem. Soc. | Z-Selective Olefin Metathesis Reactions Promoted by Tungsten | 05 选择性时代 |
| 2011 | 原始 | Thomas, R. M.; Keitz, B. K.; Champagne, T. M.; Grubbs, R. H. | J. Am. Chem. Soc. | Highly Selective Ruthenium Metathesis Catalysts for Ethenolysis | 05 选择性时代 |
| 2011 | 原始 | Keitz, B. K.; Bouffard, J.; Bertrand, G.; Grubbs, R. H. | J. Am. Chem. Soc. | Protonolysis of a Ruthenium–Carbene Bond and Applications in Olefin Metathesis | 05 选择性时代 |
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| 2013 | 原始 | Occhipinti, G.; Hansen, F. R. 等 | J. Am. Chem. Soc. | Simple and Highly Z-Selective Ruthenium-Based Olefin Metathesis Catalysts | 05 选择性时代 |
| 2016 | 原始 | Koh, M. J.; Nguyen, T. T.; Zhang, H.; Schrock, R. R.; Hoveyda, A. H. | Nature | Direct synthesis of Z-alkenyl halides through catalytic cross-metathesis | 05 选择性时代 |
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| 2021 | 原始 | Sathe, D.; Zhou, J.; Chen, H. 等 | Nat. Chem. | Olefin metathesis-based chemically recyclable polymers enabled by fused-ring monomers | 05 选择性时代 |
| 2022 | 原始 | Takebayashi, S.; Iron, M. A.; Feller, M. 等 | Nat. Catal. | Iron-catalysed ring-opening metathesis polymerization | 05 选择性时代 |
| 2023 | 原始 | Lemcoff, N.; Nechmad, N. B.; Eivgi, O. 等 | Nat. Chem. | Plasmonic photothermal activation of olefin metathesis | 05 选择性时代 |
| 2023 | 原始 | Hsu, T.-W.; Kempel, S. J.; Felix, A. 等 | Nat. Chem. | Stereocontrolled acyclic diene metathesis polymerization | 05 选择性时代 |
| 2013 | 综述 | Fürstner, A. | Science | Teaching Metathesis "Simple" Stereochemistry | 05 选择性时代 |
| 2024 | 原始 | Ibrahim, T.; Ritacco, A.; Nalley, D. 等 | Chem. Commun. | Chemical recycling of polyolefins via metathesis | 05 选择性时代 |
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数据、图与 AI 问答各自的边界
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