钯催化交叉偶联反应

用于形成碳碳键的重要化学反应

钯催化交叉偶联反应是一类用于形成碳碳键的重要化学反应，在有机合成中应用十分广泛。

简介

为制造复杂的有机材料，需要通过化学反应将碳原子集合在一起。但是碳原子在有机分子中与相邻原子之间的化学键往往非常稳定，不易与其他分子发生化学反应。以往的方法虽然能令碳原子更加活跃，但是，过于活跃的碳原子却又会产生大量副产物，而用钯作为催化剂则可以解决这个问题。钯原子就像“媒人”一样，把不同的碳原子吸引到自己身边，使碳原子之间的距离变得很近，容易结合——也就是“偶联”。这样的反应不需要把碳原子激活到很活跃的程度，副产物比较少，因此更加精确而高效。赫克、根岸英一和铃木章通过实验发现，碳原子会和钯原子连接在一起，进行一系列化学反应。这一技术让化学家们能够精确有效地制出他们需要的复杂化合物。

三个发展阶段

一、大约100年前，法国化学家维克多·格林尼亚发现，将一个镁原子同一个碳原子偶联在一起，会将额外的电子推向这个碳原子，使得它能够更容易同另外一个碳原子连接在一起。不过，科学家们发现，这样的方法在创造简单的分子时起到了效果，但是在对更为复杂的分子进行合成时，在试管里却发现了很多并不需要的副产品。

二、早在上世纪60年代，赫克就为钯催化交叉偶联反应奠定了基础，1968年，他报告了新的化学反应——赫克反应，该反应使用钯作为主要的催化剂来让碳原子连接在一起。

三、1977年，根岸英一对其成果进行了精练，他使用一种有机氯化物作为催化剂；两年后，铃木章发现使用有机硼化合物的效果会更好。

应用

如今，“钯催化交叉偶联反应”被应用于许多物质的合成研究和工业化生产。例如合成抗癌药物紫杉醇和抗炎症药物萘普生，以及有机分子中一个体格特别巨大的成员——水螅毒素。科学家还尝试用这些方法改造一种抗生素——万古霉素的分子，用来灭有超强抗药性的细菌。此外，利用这些方法合成的一些有机材料能够发光，可用于制造只有几毫米厚、像塑料薄膜一样的显示器。科学界一些人士表示，依托“钯催化交叉偶联反应”，一大批新药和工业新材料应运而生，这三名科学家的科研成果如今已经成为支撑制药、材料化学等现代工业文明的巨大力量。钯催化反应的应用：对制药工业举足轻重。

诺贝尔化学奖委员会主席拉尔斯·哲兰德说：“有人告诉我说，目前25%的合成药品都由这三种反应中的一种制成，因此，他们的发明对制药工业具有举足轻重的影响。钯具有非常神奇的属性，它可以让两个不同的碳原子连接在一起，使得它们更靠近并且在非常温和的环境下就能发生反应。”

瑞典皇家科学院表示，科学家已经使用钯催化交叉偶联反应人工合成了最开始在海绵中发现的抗癌药物，目前，科学家已经开始进行临床测试。而且，科学家也使用该方法制造出了新的抗体和许多其他有用的药物，包括抗炎镇痛药物萘普生（NAPROXEN）等等。

诺贝尔奖

2010年10月6日在瑞典皇家科学院举行的新闻发布会上，瑞典皇家科学院常任秘书诺尔马克首先宣读了获奖者名单。他说，赫克、根岸英一和铃木章在“钯催化交叉偶联反应”研究领域作出了杰出贡献，其研究成果使人类能有效合成复杂有机物。

释疑

以钯为“媒”撮合碳原子

碳原子化学性质不活泼，不愿相互结合。怎么让这些懒洋洋的碳原子活跃起来，好将它们凑作一堆？

一百多年前人们已经想到办法，法国科学家格林尼亚发明了一种试剂，利用镁原子强行塞给碳原子两个电子，使碳原子变得活跃。这是一项非常重要的成果，使格林尼亚获得了1912年的诺贝尔化学奖。但是这样的方法在合成复杂大分子的时候有很大局限。人们不能控制活跃的碳原子的行为，反应会产生一些无用的副产物。在制造大分子的过程中，副产物生成得非常多，反应效率低下。用钯作为催化剂可以解决这个问题。钯原子就像“媒人”一样，把不同的碳原子吸引到自己身边，使碳原子之间的距离变得很近，容易结合——也就是“偶联”，而钯原子本身不参与结合。这样的反应不需要把碳原子激活到很活跃的程度，副产物比较少，更加精确而高效。

碳氢键活化

这是有机化学里的一个概念。　是最近几年兴起地一个有机化学中重要的领域。

按反应机理上来讲，一般为氧化还原型的和复分解型的，而从催化剂来看，可以分为金属催化的和非金属催化的。

由于有机化学可认为是定向地断裂和生成C-X键的过程，因此在反应中通常需要定位基团，可以高效地构筑C-X键，但在在些过程中也有这样一个问题，那就是定位基团的引入使得反应原子经济性不高，而如果不引入定位基团，而是直接选择性地断裂C-H键，进一步地发生其它反应，这样就能高效地构筑化合物，提高反应效率和原子经济性。

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