在配位化学和催化领域中,配体(Ligand) 是指能够与中心金属原子或离子(金属中心)通过提供电子对形成配位键的分子、离子或原子。配体是调控金属中心电子特性、空间环境和反应活性的关键角色。其主要作用包括:

1. 调节电子效应:通过给电子或吸电子能力,改变金属中心的电子密度,从而影响其氧化加成、还原消除等关键步骤的难易程度。

2. 提供空间位阻:大体积的配体可以通过物理位阻控制反应物接近金属中心的方向和方式,从而实现区域选择性和立体选择性(如对映选择性)。

3. 稳定反应中间体:合适的配体能够稳定高活性的、低配位数的金属中间体,防止催化剂失活(如形成惰性二聚体或发生分解)。

4. 控制配位几何构型:配体的大小和齿数可以决定金属中心的配位环境,进而决定反应物的配位模式和反应路径。

以下是各类重要配体的详细阐述:


1. Buchwald 配体 (Buchwald Ligands)

简介与特点:由Stephen L. Buchwald教授团队开发的一类高性能配体,是空间位阻且富含电子的膦化合物,属于二烷基联芳基膦类。对其联芳基骨架和膦取代基的系统修饰允许对其电子和空间性质进行微调,使其成为学术和工业环境中工艺开发的宝贵工具。

主要应用:在各种钯催化的交叉偶联反应中非常有效,并在温和的反应条件下具有出色的催化活性和稳定性。

代表性反应:特别是在具有挑战性的C-N、C-O、C-S键形成(如Buchwald-Hartwig Amination)中不可或缺。

C-N Buchwald reaction:

C-N Buchwald reaction:

C-S Buchwald reaction:

2. 交叉偶联通用配体 (Cross-Coupling Ligands)

简介与特点:这是一类促进金属催化偶联反应的特殊有机分子。通过与金属中心结合,这些配体增强了催化剂的稳定性并调节了其反应活性和选择性。

主要应用:经典的钯催化和镍催化交叉偶联反应。

代表性反应:Kumada(C-C)、Suzuki(C-C)、Negishi(C-C)、Heck(C-C)等广泛用于药物开发和材料合成的反应。

常见类型:常见的例子包括膦配体(如三苯基膦)和N-杂环卡宾(NHC) 配体。

Kumada reaction:

Suzuki reaction:

Hiyama reaction:

Negishi reaction:

3. 不对称催化配体 (Ligands for Asymmetric Catalysis)

简介与特点:这类配体包括手性和非手性分子,其核心作用是在金属中心周围形成特定的三维手性环境,影响反应物的空间排列,指导对映选择性反应的过程。

主要应用:不对称催化,促进对映体纯化合物的合成,是合成手性分子(如药物、香料)的核心工具。

代表性反应:不对称氢化、不对称环氧化、不对称Diels-Alder反应等。

著名配体:BINAP(2001年诺贝尔奖)、Salen、DIOP、DuPhos等。

不对称氢化: 烯烃→烷烃

不对称氢化: 酮→醇

不对称环氧化:

不对称Diels-Alder反应:

4. C-H 活化配体 (Ligands for C-H Activation)

简介与特点:这类配体是通过稳定金属催化剂并将其活性导向特定的C-H键,促进传统惰性碳氢键选择性官能化的分子。它们独特的电子和空间特性能够精确控制C-H键官能化的途径。

主要应用:导向基团辅助的C-H官能团化反应,实现原子经济性和步骤经济性的合成。

常见类型:含氮配体(如吡啶、喹啉)、羧酸根、以及专用的氨基酸类配体(如Ac-Ile-OH)。

Enamine经过30多年的发展,不断积累和丰富自己的配体库。这些配体基本上是经过文献报道,非常适合广大科学工作者实验条件筛选和成熟的放大反应。一些配体如下。