GRUBBS 1 代催化剂的合成路线有哪些常见途径？

GRUBBS 1 代催化剂的化学名为二氯(1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-2-亚 imidazol 亚氨基)(三环己基膦)(苄叉)钌(II)，CAS 号为 172222-30-9，其分子式为 C₄₆H₆₅Cl₂N₂PRu。该催化剂是一种钌基金属卡宾络合物，主要用于烯烃复分解反应，在化学工业和实验室合成中广泛应用。其结构核心为 RuCl₂(PCy₃)₂(=CHPh)，其中 PCy₃ 为三环己基膦，=CHPh 为苄叉卡宾。

GRUBBS 1 代催化剂的合成路线主要基于钌前体的配体交换和卡宾生成反应。以下介绍两种常见合成途径，这些途径源于 Grubbs 小组的原始报道，并在后续优化中得到应用。合成过程需在惰性氛围下进行，以避免钌络合物的氧化或分解。

途径一：基于 RuCl₂(PPh₃)₃ 的配体交换和磷鎓盐卡宾生成

此途径是 GRUBBS 1 代催化剂的最经典合成方法，由 Grubbs 等人在 1992 年报道。该方法利用廉价的钌源，通过逐步取代磷配体并引入卡宾基团实现高效合成。总产率通常达 60-80%。

步骤 1：制备 RuCl₂(PCy₃)₂(PPh₃) 中间体

• 起始原料：RuCl₂(PPh₃)₃（三苯基膦二氯化钌），分子量 972.27 g/mol。
• 反应条件：将 1 当量 RuCl₂(PPh₃)₃ 与 2 当量 PCy₃（三环己基膦，分子量 320.50 g/mol）在无氧甲苯溶剂中加热至 80-100 °C，反应 2-4 小时。
• 机制：PPh₃ 配体被更强的给电子配体 PCy₃ 取代，形成 RuCl₂(PCy₃)₂(PPh₃)。该中间体为黄色固体，可通过过滤和从二氯甲烷/己烷重结晶纯化。
• 注意：反应需在氮气保护下进行，以防止 PCy₃ 氧化。

步骤 2：引入苄叉卡宾

• 起始原料：上步产物 RuCl₂(PCy₃)₂(PPh₃) 与 PhCH₂PPh₃⁺ Cl⁻（苄基三苯基磷鎓氯化物，分子量 386.88 g/mol）。
• 反应条件：在室温下，将 1 当量 Ru 中间体、1.1 当量磷鎓盐和 2 当量 Et₃N（三乙胺）在四氢呋喃（THF）溶剂中搅拌 12-24 小时。随后加热至 50 °C 促进卡宾形成。
• 机制：磷鎓盐在碱作用下生成亚甲基卡宾中间体，与钌中心配位并脱去 PPh₃，形成 Ru=CHPh 卡宾络合物。最终产物为棕绿色粉末。
• 纯化：通过柱色谱（硅胶，乙酸乙酯/己烷为洗脱剂）分离，产率约 70%。产物通过 ¹H NMR 确认，特征峰为 =CHPh 的醛样信号在 19-20 ppm。

此途径的优势在于原料易得，操作简便，适用于实验室规模合成（克级）。工业放大时，可优化溶剂回收以降低成本。

途径二：基于 RuHCl(CO)(PPh₃)₃ 的氢化物转化

此途径是另一种常见方法，适用于需要更高纯度产物的场景，由早期钌化学扩展而来。总产率达 50-70%，强调氢化物络合物的氯化转化。

步骤 1：氢化物络合物与 PCy₃ 交换

• 起始原料：RuHCl(CO)(PPh₃)₃（氢氯化羰基三苯基膦钌，分子量 907.19 g/mol）。
• 反应条件：将 1 当量氢化物络合物与 3 当量 PCy₃ 在苯溶剂中加热至 110 °C，反应 3-5 小时，同时通入氯化氢气体（HCl）以转化氢化物为氯化物。
• 机制：CO 和部分 PPh₃ 被 PCy₃ 取代，同时 H⁻ 被 Cl⁻ 替换，形成 RuCl₂(PCy₃)₃ 中间体。该步骤伴随气体释放（CO 和 H₂），需使用通风设备。
• 产物：RuCl₂(PCy₃)₃ 为橙色晶体，通过减压蒸馏去除挥发物并重结晶获得。

步骤 2：卡宾生成与配位调整

• 起始原料：上步产物 RuCl₂(PCy₃)₃ 与 PhCH₂PPh₃⁺ Cl⁻。
• 反应条件：在二氯甲烷溶剂中，加入 1 当量 Ru 络合物、1.2 当量磷鎓盐和 1.5 当量 DBU（1,8-二氮杂双环5.4.0十一烯）作为碱，室温搅拌 8 小时，后加热至 40 °C。
• 机制：碱脱质子磷鎓盐生成 PhCH=PPh₃ 亚磷，叶，然后与钌络合物反应脱去一分子 PCy₃，形成最终的 RuCl₂(PCy₃)₂(=CHPh)。DBU 的使用增强了卡宾形成的亲核性。
• 纯化：产物从反应混合物中沉淀，通过冷冻干燥和洗涤纯化。¹³C NMR 显示卡宾碳在 220-230 ppm 的特征信号。

此途径的优点是中间体稳定性高，适合连续流合成，但在工业中需处理 HCl 废气以符合环保要求。

合成注意事项与应用

两种途径的共同点在于强调无水无氧条件，使用 Schlenk 技术操作。GRUBBS 1 代催化剂的合成需监控钌的氧化态，确保 Ru(II) 中心保持。产物储存于 -20 °C 惰性氛围下，可稳定数月。

在化学工业中，此催化剂用于聚合物合成，如聚烯烃的生产；在实验室中，它驱动环开环复分解（ROMP）和交联复分解（CM），产率高达 95%。合成路线的选择取决于规模：途径一适用于快速制备，途径二适合高纯度需求。优化后，这些方法已成为标准协议，推动了复分解化学的发展。