ㄧ化家的力工具
具有的化品之需求越越高,人需要新的物治癌症或阻止致命病毒在人的性破,子正在找能放光的化物,需要能保作物的化物。2010年的化,了一工具,它以非常有效率的方式增了化家的能力,足上述的需求,工具就是:催化的交叉偶合反。
在1980年代末期,在加勒比海的水夫取得了一名 Discodermia dissoluta 的海,那是一在33公尺的深所找到的一有眼睛、嘴巴、胃和骨的小生物。一眼看去,它很原始,但由於法躲避人,使得 Discodermia dissoluta 以及其它的海精通了化,它具有令人奇的能力去造巨大且的化分子,些分子具有毒性而能它避免其它的生物掠食。
研究者多的毒物具有效果,它可作抗生素、抗病毒或消炎的物。例如初期的一些示,由 Discodermia dissoluta 分出的 discodermolide 有在未成一化的物,在它多的性中,包括了在管中可以阻止癌胞的增生。
移除一重要的障向前推
多深入的研究,科家已了discodermolide如何紫杉醇 (Taxol,一在全球最常使用的抗癌物) 以相同的方式打癌胞。一有力的化物的是非常令人雀的,但如果有2010年的所推崇的,discodermolide的故事可能就束在那 (一),展可能因缺乏足的物而停,因不可能一加勒比海的深海中取得的微量物,展成有效的物。所幸由於理察海克(Richard F. Heck),根岸英一(Ei-ichi Negishi),木章(Akira Suzuki)等人,在化家的工具盒中所加入的催化的交叉偶合反,化家在能以人工的方式造discodermolide,根岸展的反乃其合成的一步。其他的科家一步的提高整程的效率,於能得到足的discodermolide罹癌的病人行床。

然只有在未才能知道discodermolide是否能成救命的物,但不如何,有多的例子示天然化物了化家的研究。在有生物中都存在的多化分子常被有化合物,它都是由碳原子成其基本的骨,我可以碳碳之的是生命的根本,它化家的重要性,可以到目前共在域所的五次示。之前的四次包括了1912年的格林反(Grignard reaction),1950年的狄耳士-阿德反(Diels-Alder reaction),1979年的替反(Wittig reaction),以及2005年的烯分解反(olefin metathesis)。
─ 碳原子的地
催化的交叉偶合反是非常特的,因它可以非常精的在和的件下行。去化家必需使用活性很高的物碳原子的反,化物可成任,但是其碳原子也其它的碳原子作用而得到用的副物。化家要造如同discodermolide般的巨大分子,需要多的步成,如果那些浪掉的副物多,最後法得到足量的最物。
在催化的交叉偶合反中,科家用元素作碳原子的地,碳原子接在原子上,使得碳原子相互靠近而容易反,原子扮演了一催化的角色,但本身不消耗。
由工程得到的感
用作催化的可能性,在1950年代引起大家的趣,的一德的瓦克化股份有限公司 (Wacker Chemie AG) 始用乙烯成乙醛,乙醛是造油漆中的黏合,塑化,以及醋酸之重要原料。
二 理察海克以做催化以接一段短的烯分子一碳,二者在原子上相遇,他相互作用,反果得到苯烯,那是一塑的原料。
理察海克在美拉威的一化公司任,由於化工界於非常成功的瓦克程(Wacker-process) 越越好奇,他始用作催化行。在1968年他始表了一系列成功的文,其中他展示了 (二) 如何一碳原子的物接到一短的碳上而得到苯乙烯(styrene),那是聚苯乙烯塑的主要原料。四年之後他一步的展了反,如今之海克反(Heck reaction),已成建立碳原子的方法中最重要反之一。例如它被用在大量消炎止痛拿百疼(naproxen),有喘治物montelukast (中文名:欣流咀嚼),以及一在子用的化物。
八 ─ 一有化的神奇字
了解理察海克的之重要性,我需要跳入原子的世界,入在原子核周的子中。子常被示在原子核外旋的一些小粒子,上正的看法是一的,包覆著正的核。
在核的周有一些不同次的子,大的原子具有多的,化家於在最外面的最有趣,因所有的化反基本上都在企完整。在有化中最重要的原子:碳、氧和氮都小,它在最外的一都需要有八子,因此八可有化的神奇字。
碳原子的基本形中最外只有四子,因此它力企其它原子接,透化到子的共享。例如在最的有分子甲烷 (methane) 中,碳原子四原子共享子,如此其最外面的子可以完整而足。
愚弄一足的原子
化家造一如 discodermolide 般的分子,他取捷,利用已存在的小分子作合成的材,不要些小分子接起是比做得容易。在些小分子中的碳原子,已其它的原子共享子,它最外已有了八子,因此很定,有理由其它分子中的碳原子反。
化家的任就是去弄醒碳原子,使它意另一碳原子反。1912年的得主多格林 (Victor Grignard) 找到一解方法,用各化伎,他一原子接在一他希望使之活性增高的碳原子上,在它的最外具有子,而且希望把它都,因此在被格林 (Grignard reagent) 的分子中,原子最外的子乎完全偏向碳原子一方,就好像碳原子最外多加了子一般,使得碳原子核的正荷核外的子的荷不均,碳原子得不定,因此找另一原子形成。
精度 ─ 架巨大分子的
格林偶合碳原子的方法在化上端的重要,但是需要合成巨大而且的分子,方法有其限制,格林中的碳原子之行不易,它碰到原子皆可之反,生太多用的副物。
催化的交叉偶合反,透其精度解了。碳原子在原子上相遇,化家不需要碳原子活化到格林的程度,使得副物少而反更有效率。
不像格林那,理察海克使用一烯的化合物,在烯化合物中的碳原子本就有一些活性,它接著在原子上得更容易其它的碳原子合。
在1977年根岸英一展了一格林的化形式,其中的改,上的碳原子活性得低,但是原子碳原子送到原子上,碳原子在原子上遇到另一碳原子,二者易偶合 (一)。
年後,木章用硼元素,它是一目前最和的活化者,而且比的毒性要低,在用到大量的程是一,例如木反被用在一保作物不被菌侵害的化物的工合成上(上千)。
三 有化家在十九世中期始展,其中最早的反之一是德化家赫曼科伯博(Hermann Kolbe)在醋酸得了一的分子乙烷(C2H6)(上方),150年後,科家已能造葵毒素(palytoxin),一世界上最的分子之一。了示,科家不出所有的碳和原子,在此中所有的交都代表一碳原子。葵毒素是由129碳原子,223原子,3氮原子,及54氧原子成的。
如今海克反、根岸反木反化家相重要,一最令人止的例子,是催化的交叉偶合反用在管中合成菟葵毒素 (palytoxin) ─ 一化世界的恐 (三),它是一天然存在的毒物,首次於1971年在夏威夷的一珊瑚中分出的。菟葵毒素是由129碳原子,223原子,3氮原子,及54氧原子成的。在1994年,科家法在管中它造了出,其中就靠了木反的助。
似菟葵毒素具有挑性的造,迫使化家去微他的工具。再者,了研究的目的,能在管中重新造出天然物是很重要的,科家找到一新的分子,他用不同的化方法定原子相互的位置,不唯一其的方法就是以人工的方式重新造它,然後天然物相互比。
一搜新的工具…
本文一始介的有海的故事很明的可以看出,催化的交叉偶合反是在搜新上的一利器,今全世界的科家海洋成一大,他海洋的生物中分出了上千的化物,而些物了更多的科展。除了discodermolide,催化的交叉偶合反也助化家人工合成了diazonamide A,一源自於菲律的海鞘物。在室的中,diazonamide A被可抗大癌胞。另一例子是dragmacidin F,那是一大利海岸生的海中分出的。初步的示,dragmacidin F疹病毒和滋病毒有效用。
化家也用催化的交叉偶合反修天然物的,以增其效。一例子是古素(vancomycin),它是在1950年代首次婆洲林的土壤品中分出的。在古素被用在抗MRSA (超金色葡萄球菌) 以及球菌 (enterococci),些菌我常用的抗生素已生了抗性。菌通常是害的,但是它感染口,造成移植手的。由於些令人心的展,科家企修古素的,它於抗古素的菌株也有效。用催化的交叉偶合反,科家造了古素的,能付具有抗性的菌。
…有更薄的幕
子也在用催化的交叉偶合反,例如用在需要找二 (diodes) 的更佳光源。有致光二 (OLED),包含了放光的有分子,在子工中它被用在造非常薄的幕,只有毫米厚。科家用催化的交叉偶合反,最佳化OLED的光材料。
永不停歇的展
海克反、根岸反木反造更的化品重要之,其他的化家一步的整和改些方法,其中的一改今年的物理有。在2010年的春天,有位科家宣布他成功的原子在石墨烯(graphene)上,所得到的固物可以用在水中行木反。
催化的交叉偶合反在展之中,然理察海克在拉威的化室中始其已有40多年了,而且理察海克,根岸英一,木章三人的已人有重要的,但是今在全世界各室中行的研究展看,他的反在未得更重要。