Re: [學習] 關於有機金屬 ligand 設計相關知識

看板Chemistry作者buteo (找尋人與人的鍵結)時間7年前 (2016/11/08 02:24)推噓20(20推 0噓 1→)

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「有機金屬要怎麼設計ligand？」博二時老闆Oleg得了Welch Foundation的一個大獎在拍攝得獎影片時他回顧起實驗室歷年來的重大發現到底是怎麼來的？掐指算一算除了發Science那篇的反應是精準執行以外其實大概有70%的大發現出自於意外(serendipity) 兩年後我參加Gordon Conference 一晚我在海報展握著啤酒搭訕仰慕以久 borylation界的大師Milton Smith 他說我發現的alkyne borylation非常特別我很不好意思的說這其實是意外的發現我們原本不是要做這個反應他笑了笑說科學本來就是這樣啊 :) 大師的話讓我釋懷不少但我也開始思考「那我們是不是直接try and error就好?」我想這要回歸到有機金屬到底是在做甚麼? 有機金屬化學大致上可以分成探討結構性質與反應活性而反應活性方面又可分為基礎反應(fundamental reactions)與催化反應(catalysis) 催化反應多半是基礎反應的累加例如你所舉例的C-C coupling就至少牽涉到三步基礎反應: oxidative addition, transmetallation, reductive elimination 基礎反應和催化反應的研究是相輔相成有些研究者是兩者均攻但有更多的研究者是專攻一項數十年來基礎反應和催化反應衍生出很不一樣的研究策略催化反應因為牽涉到多個因素.多步反應往往顧此就會失彼而難以直接以理論兼顧要預測良好的催化劑僅有少數已被廣泛研究的反應例如氫化.烯類聚合還算可行這幾年DFT理論計算大幅被引入但一般針對產率.選擇性和ee值進攻的研究幾乎仍都是走暴力法找到最佳催化劑新反應那就更不用說了以我自己的經驗博班的主要發現都是新催化反應雖一開始不是走暴力法但其實也都不是我起初所預期的我接近博班畢業時找過老闆坦承：(扭)我覺得我好弱 Orz 如你提到的《The importance of stupidity in scientific research》在催化反應方面我就只是像在海灘撿貝殼的小孩子盡量去玩現今Princeton化學系的系主任--David MacMillan 他就大力擁抱High-throughput的方法開發他認為如果這麼多發現都來自於偶然那不如就用最有效率的方法來試這些可能性你說Suzuki教授不知道鹼在Suzuki Coupling裡有這麼大的影響不太清楚Suzuki教授講這句話的背景我想他有一部份是謙虛而就算是看起來一樣的催化反應都有可能因為選用的系統不同而走不一樣的反應途徑這也使得反應機制探討不那麼直觀當然這不是說所有研究者都欠缺rational design MacMillan和Suzuki今日的成功絕對不是只靠抽樂透就算最後得靠一一嚐試來找到最佳解良好的rational design還是可以縮小搜尋的範圍與提高命中度博三資格考口試提交的計畫書被老闆打槍過不知道多少次我提議要用一些pincer complexes做特定催化反應老闆就會說你為何覺得可以做得比人家好？我想說阿...不就試試看嗎？有機金屬催化不都這樣？老闆說實際在做可能是都要試但計畫書一定要先能講得出一番道理要從分子結構的角度說明為什麼我的催化劑會比較好而另一方面基礎反應就會是比較可以掌握在手中的科學例如若只針對oxidative addition來看我們相對上就能更有信心地從金屬周遭的的立障.電子效應做判斷這十五年來崛起的pincer chemistry便是透過pincer ligand的三配位把金屬周邊扣到剩下一至三個空配位做反應大幅減少複雜性如此一來反應便容易操控也容易觀測 Pincer ligand因此就會是一個提供適合有機金屬基礎反應研究的平台如果為了一個目標做了rational design 把pincer系統的特性拉到極限那就算沒做成想做的事也通常會有其他奇特的現象發生例如創造一個非常缺電子的金屬中心這個金屬若配上weakly coordinating anion 而沒辦法從陰離子得到電荷補償那便會開始東抓抓西抓抓發生C-H activation. C-X activation 甚至是更怪的重組反應我博班著作其中一篇的主要發現是找到比第一代alkyne borylation更強40倍的催化劑 http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/SC/C5SC02161H#!divAbstract 但坦白說這篇最讓我自豪的不是找到這個超強催化劑而是透過rational design合成並單離出pi-complex (10-Ir-p-F3tol) 文章中有敘述怎麼合成和怎麼想但實際上發生的順序有些微不同所以我回顧一下當時的情形我是先設計合成我想像中的pi-complex 但配合光譜和解晶後發現是得到vinylidene的異構物便馬上把晶體結構和想到的其他兩個異構物結構寄給回中國做教授的前博後他透過理論計算發現我做出來的是熱力學產物 (Fig. 7) 不過我會有機會得到動力學產物我認為降低alkyne上的電子密度可以讓pi complex --> vinylidene的異構化減慢所以便合成新的alkyne 配上金屬後發現異構化速度的確降了10倍! 這也讓我可以單離而解出史上第一個alkynylboronate的pi complex 這說明rational design在基礎反應上是管用的不要臉的老王賣瓜時間結束了又回到了你的問題要怎樣去學ligand? 去選ligand? 端看你做的研究是基礎反應還是催化反應? 這會大大地影響到rational design的比例但整體來說rational design對兩者都絕對是有幫助的 (學習rational design對你未來的生涯也是有幫助的...) 若直接看催化反應的整理那往往只會得到表面的結果論我會建議你從基礎反應.甚至一些結構性質的探討論文或書籍看起培養ligand知識的根基看你的敘述你也已發現你從基礎反應裡學得比催化反應來得多在接觸眾多有機金屬研究者中博班老闆Oleg是我見過少數可以把有機金屬知識都貫通起來的人鍵長.鍵角.反應性....信手拈來都可以講出道理我曾問過他要怎麼做到這點他說就閱讀過去十年Organometallics發表的每篇文章當然我想他有部份誇飾但其實這樣累積基礎閱讀培養的能力是無可取代的很多有機金屬老師的「感覺」便是這樣來的若你能更進一步用自己的說理來詮釋這些「感覺」那你便找到了自己的道路共勉之 :) 俊毅Bird Man -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 114.25.189.228 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Chemistry/M.1478543054.A.8D0.html

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tallgeese05

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HsiaoWu

11/08 09:24, , 2^F

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EMU1000

11/08 11:23, , 3^F

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