物理化学学报 >> 2019, Vol. 35 >> Issue (9): 977-988.doi: 10.3866/PKU.WHXB201811045
所属专题: 碳氢键活化
收稿日期:
2018-11-30
录用日期:
2019-01-15
发布日期:
2019-01-18
通讯作者:
陆文军
E-mail:luwj@sjtu.edu.cn
作者简介:
陆文军,1987年在华东化工学院获学士学位后,到中国科学院大连化学物理研究所工作八年。1997年在香港科技大学获硕士学位。1998年至2001年在日本九州大学,师从Yuzo Fujiwara教授获博士学位。随后在美国University of Colorado at Boulder跟随Josef Michl教授从事博士后工作近两年。现为上海交通大学化学系教授。一直从事惰性C—H键功能化反应以及高效、温和与环境友好的化学反应的研究工作
基金资助:
Received:
2018-11-30
Accepted:
2019-01-15
Published:
2019-01-18
Contact:
Wenjun LU
E-mail:luwj@sjtu.edu.cn
Supported by:
摘要:
普通烷烃C―H键是指不受杂原子和碳不饱和官能团影响的sp3C―H键,如甲烷、链烷烃和环烷烃的C―H键等。它们具有较大的键能和较小的酸碱性,因而呈现惰性,通常不易在温和条件下发生断裂。同时,除个别烷烃以外,普通烷烃往往具有不同性质和不同位置的C―H键,其反应选择性也是一个难点。近半个世纪以来,金属参与的惰性C―H键活化及官能化反应得到了重视与发展。其中,在没有官能团导向作用下,过渡金属催化剂对甲烷C―H键和普通烷烃一级C―H键进行选择性亲电活化和氧化加成,从而导致官能化反应发生是比较有效的。本文介绍了这些方法的研究进展,包含机理分析以及相关反应的建立。
赵梦迪,陆文军. 普通烷烃C―H键的活化官能化[J]. 物理化学学报, 2019, 35(9), 977-988. doi: 10.3866/PKU.WHXB201811045
Mengdi ZHAO,Wenjun LU. Alkanes Functionalization via C―H Activation[J]. Acta Physico-Chimica Sinica 2019, 35(9), 977-988. doi: 10.3866/PKU.WHXB201811045
1 |
Arndtsen B. A. ; Bergman R. G. ; Mobley T. A. ; Peterson T. H. Acc. Chem. Res. 1995, 28, 154.
doi: 10.1021/ar00051a009 |
2 |
Shilov A. E. ; Shul'pin G.B. Chem. Rev. 1997, 97, 2879.
doi: 10.1021/cr9411886 |
3 |
Jia C. ; Kitamura T. ; Fujiwara Y. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 633.
doi: 10.1021/ar000209h |
4 |
Crabtree R. H. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 2001, 2437
doi: 10.1039/b103147n |
5 |
Labinger J. A. ; Bercaw J. E. Nature 2002, 417, 507.
doi: 10.1038/417507a |
6 | Lu, W.; Zhou, L. Oxidation of C‒H Bonds; John Wiley & Sons, Inc.: Hoboken, NJ, USA, 2017. |
7 | Luo, Y. -R. Comprehensive Handbook of Chemical Bond Energies; CRC Press.: Boca Raton, FL, USA, 2007. |
8 |
Egloff G. ; Schaad R. E. ; Lowry C. D. Jr Chem. Rev. 1931, 8, 1.
doi: 10.1021/cr60029a001 |
9 |
Lin R. ; Amrute A. P. ; Pérez-Ramírez J. Chem. Rev. 2017, 117, 4182.
doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00551 |
10 |
Zhao M. ; Lu W. Org. Lett. 2017, 19, 4560.
doi: 10.1021/acs.orglett.7b02153 |
11 |
Zhao M. ; Lu W. Org. Lett. 2018, 20, 5264.
doi: 10.1021/acs.orglett.8b02208 |
12 |
Olah G. A. Acc. Chem. Res. 1987, 20, 422.
doi: 10.1021/ar00143a006 |
13 |
Olah G. A. Angew. Chem. Int. Edit. 1995, 34, 1393.
doi: 10.1002/anie.199513931 |
14 | Olah, G. A.; Klumpp, D. A. Superelectrophiles and Their Chemistry; John Wiley & Sons, Inc.: Hoboken, NJ, USA, 2008. |
15 |
Zhou L. ; Lu W. Acta Chim. Sin. 2015, 73, 1250.
doi: 10.6023/A15040278 |
周励宏; 陆文军. 化学学报, 2015, 73, 1250.
doi: 10.6023/A15040278 |
|
16 |
Zhou L. ; Lu W. Org. Lett. 2014, 16, 508.
doi: 10.1021/ol403393w |
17 |
Zhao R. ; Lu W. Org. Lett. 2017, 19, 1768.
doi: 10.1021/acs.orglett.7b00536 |
18 |
Zhao R. ; Lu W. Organometallics 2018, 37, 2188.
doi: 10.1021/acs.organomet.8b00325 |
19 |
Labinger J. A. ; Bercaw J. E. J. Organomet. Chem. 2015, 793, 47.
doi: 10.1016/j.jorganchem.2015.01.027 |
20 |
Garnett J. L. ; Hodges R. J. J. Am. Chem. Soc. 1967, 89, 4546.
doi: 10.1021/ja00993a067 |
21 |
Labinger J. A. ; Herring A. M. ; Bercaw J. E. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 5628.
doi: 10.1021/ja00170a031 |
22 |
Sen A. ; Benvenuto M. A. ; Lin M. ; Hutson A. C. ; Basickes N. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 998.
doi: 10.1021/ja00082a022 |
23 |
Dangel B. D. ; Johnson J. A. ; Sames D. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 8149.
doi: 10.1021/ja016280f |
24 |
Weinberg D. R. ; Labinger J. A. ; Bercaw J. E. Organometallics 2007, 26, 167.
doi: 10.1021/om060763g |
25 |
Lee M. ; Sanford M. S. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 12796.
doi: 10.1021/jacs.5b09099 |
26 |
Periana R. A. ; Taube D. J. ; Evitt E. R. ; Löffler D. G. ; Wentrcek P. R. ; Voss G. ; Masuda T. Science 1993, 259, 340.
doi: 10.1126/science.259.5093.340 |
27 |
Periana R. A. ; Taube D. J. ; Gamble S. ; Taube H. ; Satoh T. ; Fujii H. Science 1998, 280, 560.
doi: 10.1126/science.280.5363.560 |
28 |
Gunsalus N. J. ; Konnick M. M. ; Hashiguchi B. G. ; Periana R. A. Isr. J. Chem. 2014, 54, 1467.
doi: 10.1002/ijch.201300130 |
29 |
Gunsalus N. J. ; Koppaka A. ; Park S. H. ; Bischof S. M. ; Hashiguchi B. G. ; Periana R. A. Chem. Rev. 2017, 117, 8521.
doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00739 |
30 |
Curto J. M. ; Kozlowski M. C. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 18.
doi: 10.1021/ja5093166 |
31 |
Sakakura T. ; Tanaka M. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1987, 758
doi: 10.1039/C39870000758 |
32 |
Sakakura T. ; Sodeyama T. ; Sasaki K. ; Wada K. ; Tanaka M. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 7221.
doi: 10.1021/ja00176a022 |
33 |
Lin M. ; Sen A. Nature 1994, 368, 613.
doi: 10.1038/368613a0 |
34 |
Waltz K. M. ; Hartwig J. F. Science 1997, 277, 211.
doi: 10.1126/science.277.5323.211 |
35 |
Chen H. ; Hartwig J. F. Angew. Chem. Int. Edit. 1999, 38, 3391.
doi: 10.1002/(SICI)1521-3773(19991115)38:22<3391::AID-ANIE3391>3.0.CO;2-N |
36 |
Chen H. ; Schlecht S. ; Semple T. C. ; Hartwig J. F. Science 2000, 287, 1995.
doi: 10.1126/science.287.5460.1995 |
37 |
Cook A. K. ; Schimler S. D. ; Matzger A. J. ; Sanford M. S. Science 2016, 351, 1421.
doi: 10.1126/science.aad9289 |
38 |
Smith K. T. ; Berritt S. ; González-Moreiras M. ; Ahn S. ; Smith M. R.Ⅲ ; Baik M.-H. ; Mindiola D. J. Science 2016, 351, 1424.
doi: 10.1126/science.aad9730 |
39 |
Crabtree R. H. ; Mihelcic J. M. ; Quirk J. M. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 7738.
doi: 10.1021/ja00520a030 |
40 |
Baudry D. ; Ephritikhine M. ; Felkin H. ; Holmes-Smith R. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1983, 788.
doi: 10.1039/C39830000788 |
41 |
Burk M. J. ; Crabtree R. H. ; McGrath D. V. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1985, 1829.
doi: 10.1039/C39850001829 |
42 |
Burk M. J. ; Crabtree R. H. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 8025.
doi: 10.1021/ja00260a013 |
43 |
Fujii T. ; Saito Y.J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1990, 757.
doi: 10.1039/C39900000757 |
44 |
Aoki T. ; Crabtree R. H. Organometallics 1993, 12, 294.
doi: 10.1021/om00026a013 |
45 |
Liu F. ; Pak E. B. ; Singh B. ; Jensen C. M. ; Goldman A. S. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4086.
doi: 10.1021/ja983460p |
46 |
Dobereiner G. E. ; Crabtree R. H. Chem. Rev. 2010, 110, 681.
doi: 10.1021/cr900202j |
47 |
Kumar A. ; Bhatti T. M. ; Goldman A. S. Chem. Rev. 2017, 117, 12357.
doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00247 |
48 |
Chowdhury A. D. ; Weding N. ; Julis J. ; Franke R. ; Jackstell R. ; Beller M. Angew. Chem. Int. Edit. 2014, 53, 6477.
doi: 10.1002/anie.201402287 |
49 |
Sommer H. ; Juliá-Hernández F. ; Martin R. ; Marek I. ACS Cent. Sci. 2018, 4, 153.
doi: 10.1021/acscentsci.8b00005 |
50 |
van Leeuwen P. W. N. M. ; Kamer P. C. ; Reek J. N. H. ; Dierkes P. Chem. Rev. 2000, 100, 2741.
doi: 10.1021/cr9902704 |
51 |
Seayad A. ; Ahmed M. ; Klein H. ; Jackstell R. ; Gross T. ; Beller M. Science 2002, 297, 1676.
doi: 10.1126/science.1074801 |
52 |
Tang X. ; Jia X. ; Huang Z. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4157.
doi: 10.1021/jacs.8b01526 |
53 |
Goldman A. S. ; Roy A. H. ; Huang Z. ; Ahuja R. ; Schinski W. ; Brookhart M. Science 2006, 312, 257.
doi: 10.1126/science.1123787 |
54 |
Dupuy S. ; Zhang K.-F. ; Goutierre A.-S. ; Baudoin O. Angew. Chem. Int. Edit. 2016, 55, 14793.
doi: 10.1002/anie.201608535 |
55 |
Juliá-Hernández F. ; Moragas T. ; Cornella J. ; Martin R. Nature 2017, 545, 84.
doi: 10.1038/nature22316 |
[1] | 曹玥晗, 郭瑞, 马敏智, 黄泽皑, 周莹. 活性位点电子密度变化对光催化CO2活化和选择转化的影响[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303029 - . |
[2] | 高凤雨, 刘恒恒, 姚小龙, Sani Zaharaddeen, 唐晓龙, 罗宁, 易红宏, 赵顺征, 于庆君, 周远松. 球形表面富锰MnxCo3−xO4−ƞ尖晶石型催化剂选择性催化还原NOx研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(9): 2212003 -0 . |
[3] | 李萌, 杨甫林, 常进法, Schechter Alex, 冯立纲. MoP-NC纳米球负载Pt纳米粒子用于高效甲醇电解[J]. 物理化学学报, 2023, 39(9): 2301005 -0 . |
[4] | 袁干印, 奚政, 王楚, 孙晓环, 韩杰, 郭荣. 超分子手性聚苯胺-金复合纳米酶的构建及其对映选择性催化[J]. 物理化学学报, 2023, 39(7): 2212061 -0 . |
[5] | 吴倩, 高庆平, 单彬, 王文政, 齐玉萍, 台夕市, 王霞, 郑冬冬, 严虹, 应斌武, 罗永嵩, 孙圣钧, 刘倩, Hamdy Mohamed S., 孙旭平. 自支撑过渡金属海水电解析氧催化剂研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(12): 2303012 - . |
[6] | 董少明, 普颖慧, 牛一鸣, 张蕾, 王永钊, 张炳森. 间隙碳调控Ni实现1,3-丁二烯高效加氢[J]. 物理化学学报, 2023, 39(11): 2301012 - . |
[7] | 方洪燕, 江静静, 王定胜, 刘向文, 朱敦如, 李亚栋. 乙炔半加氢催化剂设计[J]. 物理化学学报, 2023, 39(10): 2305030 - . |
[8] | 崔柏桦, 施毅, 李根, 陈亚楠, 陈伟, 邓意达, 胡文彬. 海水电解面临的挑战与机遇:含氯电化学中先进材料研究进展[J]. 物理化学学报, 2022, 38(6): 2106010 - . |
[9] | 李少鹏, 杜靖, 张彬, 刘艳贞, 梅清清, 孟庆磊, 董明华, 杜鹃, 赵志娟, 郑黎荣, 韩布兴, 赵美廷, 刘会贞. 利用空间位阻和氢溢流协同作用促进5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛[J]. 物理化学学报, 2022, 38(10): 2206019 - . |
[10] | 秦睿, 王鹏彦, 林灿, 曹菲, 张金咏, 陈磊, 木士春. 过渡金属氮化物的活性起源、合成方法及电催化应用[J]. 物理化学学报, 2021, 37(7): 2009099 - . |
[11] | 郝磊端, 孙振宇. 基于金属氧化物材料的二氧化碳电催化还原[J]. 物理化学学报, 2021, 37(7): 2009033 - . |
[12] | 孟怡辰, 况思宇, 刘海, 范群, 马新宾, 张生. 面向CO2电化学转化的铜基催化剂研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(5): 2006034 - . |
[13] | 华凯敏, 刘晓放, 魏百银, 张书南, 王慧, 孙予罕. 过渡金属催化CO2/H2参与的羰基化研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(5): 2009098 - . |
[14] | 孙成珍, 周润峰, 白博峰. 基于静电效应的石墨烯纳米孔选择性渗透特性[J]. 物理化学学报, 2020, 36(11): 1911044 - . |
[15] | 杨艳,张云,胡劲松,万立骏. 电催化CO2还原合成C2+产物的机理和材料研究进展[J]. 物理化学学报, 2020, 36(1): 1906085 - . |
|