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天啊,这就是一篇Nature Chemistry!同学,你手头的合成路线可以简化简化了

​荷塘月 高分子科学前沿 2023-03-01

很多时候,做有机的工友们设计的合成路线太长,重要的原因是为了避免特别危险或者特别昂贵的试剂,这其中就包括有机锂试剂。如今,来自英国的团队开发了一种目前为止最方便的操作有机锂试剂的技术,有望让高危的有机锂试剂的使用门槛大幅降低,让小白也能放心的操作有机锂试剂,甚至可以(戴着手套)直接在空气中把玩有机锂。

有机锂试剂的独特性本质上是由于锂的电正性,导致与之相连的碳原子容易形成碳负离子,因此具有高亲核性。它们不仅可以和几乎所有亲电试剂发生反应,也能够将除烷烃外的大多数含氢化合物去质子化(叔丁基锂的pKa超过53,可以说是绝大多数工友一辈子能遇到的最强碱了)。所以,你永远可以相信有机锂试剂的反应能力。
不过,这也让有机锂非常危险,因为无处不在的水、氧、甚至二氧化碳都可能成为让它们变质甚至燃烧的导火线。实际上,即便在有机合成实验室里,除了老司机外,大多数人都是非必要不会去碰有机锂试剂的。为此,常常是要舍近求远,设计需要更多步骤的合成路线,或者用转化率更低的替代品。
那么,这个团队是怎么驯服这么危险的有机锂试剂的呢?
其实他们做的事情说起来很简单:用惰性的烷烃把有机锂试剂和空气、水隔绝起来。上面说了,即便是有机锂试剂,也几乎不会和烷烃的C-H反应;而烷烃能比较有效的隔绝氧气、水这件事对有机狗一点也不新鲜:因为一直以来市售的氢化钠(NaH)就是这么做的。(天啊,这就是一篇nature chemistry!!!)
不过,实际上他们并不是直接把有机锂丢到石蜡里,而是开发了一种有点特殊的长链烷烃分子(C36H74),它们能够在较低浓度下形成凝胶,从而将原本溶解在其他溶剂中的有机锂试剂和氧气、水、二氧化碳等隔绝。这种凝胶的能够根据用量切成不同大小,可以方便地按需取用,而一旦加入到反应体系中,自组装形成的凝胶分解后,有机锂试剂又能充分释放出来,像普通的有机锂试剂一样参与反应(例如上图所示的亲核加成反应、锂卤交换反应等等)。
实际上,类似的想法在2015年就被MIT的有机合成大牛Buchwald, S. L.教授采用过。大佬做的是金属催化的偶联反应,显然地球也不是很适合这类反应(doge)。因为其中涉及到的昂贵的催化剂也常常被空气中的氧气(和水)困扰。于是教授的就真的是尝试了将这类敏感的催化剂包裹在石蜡中,发现效果很好,就发了一篇Nature。同为大佬的Phil S.Baran还同期写了一篇评述论文,用大佬的方式给这个将化学试剂从手套箱中解放出来的发明点赞。
但是这种方式带来的问题是,投料量被每个胶囊里包裹的试剂量限制了,不能自由地按需取用。这也正是这篇nature chemistry所采用的方法高明的地方:在自组装形成的凝胶中,有机锂试剂是均匀分布的。虽然说起来是很简单的改进,但背后应该是有着研发团队深厚的积累的。实际上,通讯作者正式几十年来一直致力于研发智能凝胶材料。在他的个人页面上的这张图很值得我们深思。

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参考资料:

https://www.nature.com/articles/524164a

https://www.york.ac.uk/chemistry/staff/academic/o-s/dsmith/

来源:高分子科学前沿
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