麥克默里反應偶合反應

麥克默里反應偶合反應（McMurry coupling）
國立臺灣師範大學化學系碩士生 賴羽庭

圖一 John Edward McMurry$$^{18}$$

在 1970 年代初期，約翰．愛德華．麥克默里 (John Edward McMurry)（圖一）、向山光昭 (Teruaki Mukaiyama) 等人，分別發現利用羰基化合物與低價的鈦進行反應可得到烯烴偶合產物。在隨後幾年，麥克默里研究其使用範圍、方法和限制，¹而今日使用低價鈦錯合物還原偶合羰基化合物形成相應的烯烴的方法被稱為麥克默里偶合反應 (McMurry coupling)（圖二）。^1-17

約翰．愛德華．麥克默里生於 1942 年 7 月 27 日於紐約市，為康奈爾大學化學與化學生物學的名譽教授。1964 年哈佛大學得到學士學位；於 1967 年，在吉爾伯特．斯托克 (Gilbert Stork) 教授的團隊下工作獲得博士學位。在他的博士學位後，加入了美國加州大學聖克魯斯分校任教；於 1980 年轉至康奈爾大學。¹⁶

圖二 McMurry coupling 反應式 (作者繪製)

麥克默里偶合反應一般的特點：

1. 常用於醛類或是酮類的自偶合反應 (homocoupling) 來得到烯烴。然而，若同一種化合物加入過量或是其中一化合物為二芳基酮亦可進行偶合。
2. 低價數的鈦試劑可以經由很多方式製備，最常用的方式為利用三氯化鈦與鋅銅偶 (Zn-Cu) 還原劑在乙二醇二甲醚 (dimethoxyethane) 為溶劑下製備取得。¹
3. 如果反應條件是在低溫下進行，則【酉品】(pinacol) 中間體可以被分離；若在高溫下進行反應則會直接形成烯烴。
4. 在其他方法因具有立體阻礙而無法製備的的烯烴（如：四取代的烯烴）在此皆可得到很高的產率。
5. 在高度稀釋的條件下能成功的合成中型和大型環。
6. 分子內合環反應形成五環或六環的反應是最快的，而形成八環或更高的環數則會相當的慢。
7. 反應條件不允許容易還原的官能基，如：環氧化合物 (epoxides)、鹵代酮 (α-halo ketones)、未受保護的 1,2- 二醇、烯丙基和苯甲基醇、醌、鹵代醇、芳香族和脂肪族硝基化合物、肟、亞碸；大多數其它官能基是兼容的。
8. 醛類比酮類反應快許多，所以兩種醛類的偶合反應就算有一種酮類的存在下也能有化學選擇性。
9. 烯烴產物的形成有較差的立體選擇性，儘管如此在分子間的反應中還是稍微偏愛形成 (E)- 烯烴的形式。
10. 麥克默里反應偶合反應在氯矽烷 (chlorosilane) 的條件下可被催化。¹⁵

麥克默里反應偶合反應的反應機構，^1-12,14目前尚未完全清楚，但還原偶合可以看作有兩個步驟：(1)【酉品】的形成、(2) 脫氧作用形成烯烴（圖三）。經由廣泛的研究顯示低價鈦最有可能的為 $$+2$$ 價和零價，而生成物種的比例取決於製備的方法（溶劑、溫度、還原劑等）。最近的研究發現，該反應可能涉及到碳烯 (carbene) 或金屬類碳烯 (metal carbenoid) 的形成。^{6-8, 14}中間體的性質主要取決於羰基的結構和反應條件。

圖三 McMurry coupling 的反應機構(作者繪製)

兩個羰基化合物經由低價鈦還原形成兩個鈦羰自由基 (titanium ketyl radicals) 1，接著 1 偶合得到鈦【酉品】五員環中間體 2，再進行脫去氧化得到同分異構物的烯烴產物（圖四）。

圖四 含有碳烯中間體的反應機構(作者繪製)

若在立體阻礙較大的酮類，則有可能不會形成五員環中間體 2，而是形成類碳烯 (carbenoid) 結構的中間體 3。

應用方面，Y. Li 及其工作團隊為第一個應用分子內麥克默里反應偶合反應作為重要的步驟進行大環化 (macrocyclization) 得到具有鏡像選擇性的全合成產物 (–)-13-hydroxyneocembrene。此外為了避免分子間的偶合所以在高度稀釋的環境下進行，最後一步再利用四正丁基氟化銨 (TBAF) 去掉甲矽烷基保護基得到產物（圖五）。¹³

圖五 麥克默里反應偶合反應的應用：(–)-13-hydroxyneocembrene全合成(作者繪製)

參考文獻

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