第二代格拉布催化剂——烯烃复分解的主力
Grubbs催化剂第二代 (CAS 246047-72-3, C46H65Cl2N2PRu, MW 849.0 g/mol) 是学术和工业领域中使用最广泛的钌基烯烃复分解催化剂。 由Robert H. Grubbs教授及其合作者开发——该工作为2005年诺贝尔化学奖做出了贡献——该催化剂通过用饱和N-杂环卡宾(SIMes)取代一个三环己基膦配体，代表了相对于第一代催化剂的里程碑式改进。这一结构修饰显著提高了热稳定性、催化剂寿命和底物适用范围，使得第一代催化剂完全无法处理的底物能够进行关环复分解(RCM)、交叉复分解(CM)和开环复分解聚合(ROMP)[001]。
全球烯烃复分解催化剂市场预计到2028年将达到8.9亿美元，其中Grubbs型钌催化剂约占总需求的60%。制药应用——特别是针对候选药物的大环化——代表了增长最快的细分市场[003]。
Grubbs II的化学身份是什么？
Grubbs催化剂第二代是一种钌卡宾配合物，具有一个亚苄基引发基团、一个SIMes (1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-4,5-二氢咪唑-2-亚基) NHC配体，以及一个与钌中心配位的三环己基膦配体[001]：
| 性质 | 数值 |
|---|---|
| CAS号 | 246047-72-3 |
| 分子式 | C46H65Cl2N2PRu |
| 分子量 | 849.0 g/mol |
| 精确质量 | 848.330583 Da |
| IUPAC名称 | 亚苄基-[1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)咪唑烷-2-亚基]-二氯钌；三环己基膦 |
| 复杂度 | 927 |
| TPSA | 6.5 Ų |
该催化剂呈现为粉棕色至紫色结晶固体，固态时对空气稳定，但溶液对氧气敏感。商业纯度通常≥95%，该化合物应在2–8 °C下于氩气中储存[001] [002]。
Grubbs II与Grubbs I有何不同？
第一代和第二代催化剂之间的关键结构差异在于用一个SIMes NHC取代了一个PCy3配体[002]：
| 参数 | Grubbs I | Grubbs II |
|---|---|---|
| 膦配体 | 2 × PCy3 | 1 × PCy3 |
| NHC配体 | 无 | SIMes |
| 热稳定性（固态） | 中等 | 高（>150 °C） |
| 催化剂用量（典型） | 2–5 mol% | 0.1–2 mol% |
| 四取代烯烃 | 差 | 良好 |
| 缺电子烯烃 | 中等 | 优异 |
| 分子量 (g/mol) | 822.96 | 849.0 |
NHC配体比膦配体提供更强的σ-给电子能力，稳定了14电子活性物种，并通过β-氢消除减缓分解。这使得对于易处理底物的催化剂用量可低至0.1 mol%，并将官能团耐受性扩展到包括丙烯酸酯、烯酮和乙烯基砜[002]。
使用Grubbs II的标准RCM方案是什么？
方案——使用Grubbs II进行关环复分解：
- 将二烯底物 (1.0 eq) 溶解于无水二氯甲烷或甲苯中 (0.01–0.1 M)
- 用氩气对溶液脱气10分钟
- 加入Grubbs II (1–5 mol%)，以固体形式或作为脱气溶剂的储备溶液加入
- 在室温或40 °C下于氩气中搅拌1–24小时
- 通过TLC或GC-MS监测
- 用乙烯基乙醚（过量）淬灭，搅拌30分钟
- 浓缩并通过柱色谱纯化
对于具有挑战性的底物（四取代烯烃、大环），在80–110 °C的甲苯中通过注射泵缓慢添加催化剂通常能显著提高产率[002]。
安全与操作要求是什么？
Grubbs II被归类为刺激性物质 (GHS07)。虽然钌金属本身毒性相对较低，但膦和NHC配体需要采取标准的实验室预防措施。溶液相反应需在惰性气氛下操作。该催化剂在溶液中具有湿敏性；使用无水溶剂和烘干的玻璃器皿。对于敏感的制药应用，可通过活性炭处理、硅胶过滤或四乙酸铅氧化从反应混合物中去除钌副产物[002]。
常见问题解答
问：Grubbs II在一次反应后能否重复使用？
对于小规模反应通常不能。催化剂在复分解循环过程中会分解，典型的转化数(TONs)为100–10,000。对于工业规模工艺，会采用连续催化剂添加策略。
问：Grubbs II能否催化烯炔复分解？
可以。Grubbs II对于分子内和分子间烯炔复分解均有效，通常在甲苯中于80 °C下以2–5 mol%的用量进行。乙烯气氛通常通过抑制竞争途径来提高产率。
问：Grubbs II反应的最佳溶剂是什么？
室温下的二氯甲烷是RCM的默认选择。对于需要高温（>60 °C）的反应，优选甲苯。通常避免使用THF，因为会发生竞争性的开环复分解聚合。
问：Grubbs II废料应如何处置？
将含钌废料作为重金属废料单独收集。不要将其处置在标准有机溶剂废物流中。遵循机构关于过渡金属催化剂处置的指南。
问：Grubbs II的保质期是多久？
在2–8 °C下于氩气中密封在原装安瓿瓶中储存时，至少为2年。已开启的安瓿瓶应在3–6个月内使用，并在氩气下储存于干燥器中。
问：Grubbs II和Hoveyda-Grubbs II有什么区别？
Hoveyda-Grubbs II用异丙氧基亚苄基螯合基团取代了亚苄基，提供了更优异的空气和湿气稳定性。Grubbs II通常引发更快，但比Hoveyda-Grubbs II更容易分解。