【今日化学前沿】南京大学化学院史一安课题组发表JACS，报道烯烃氢甲酰化反应新进展

Original 2016-11-20 huaxuejia 化学加

化学加网原创文章，转载须获得授权。

导读

近日，著名化学家、南京大学化学院史一安教授课题组在化学类顶级期刊之一的美国化学会志（J.Am. Chem. Soc）上发表高水平文章，报道了他们在无CO参与的烯烃氢甲酰化化反应方面取得的重要进展，作者利用钯催化剂，在甲酸的参与下区域选择性地以优秀的产率实现了烯烃的氢甲酰化反应，文章DOI:10.1021/jacs.6b10297。

史一安教授是著名的华人有机化学家，任职于美国科罗拉多州立大学，2006年任中国科学院化学研究所化学生物学研究中心主任，2008-2012年任中国科学院分子识别与功能重点实验室主任。2012任南京大学分子有机化学研究中心主任。主要研究方向是有机合成方法学以及生物活性分子的合成。以史一安不对称环氧化反应闻名，即以过硫酸氢钾和果糖衍生物实现了双键的不对称环氧化，是有机合成中非常重要的反应之一。

图 1 史一安不对称环氧化反应机理

在一氧化碳和氢气气氛下，过渡金属催化的烯烃氢甲酰化反应作为一类非常重要的有机反应，广泛应用于工业生产以及精细化学品合成中。但目前该类反应主要存在以下局限性：反应过程中通常需要使用无色、无味、有毒的CO气体作为羰基源，并且通常需要在高温高压的苛刻条件下进行，对反应设备要求较高，能耗较大，极大的限制了对该反应进一步开发和应用。

图 2 过渡金属催化的烯烃氢甲酰化反应
史一安教授曾经发展了烯烃和甲酸在甲酸苯酯或醋酸酐存在下，发生钯催化的氢羧基化反应，得到增加一个碳单位的羧酸（Org.Biomol. Chem. 2015, 13, 8416.），因此，作者希望在此基础上，从中间体10出发，在合适的条件下脱去二氧化碳，再还原消除就可以得到烯烃1的氢甲酰化产物2。

图 3 前期的工作及本文的设计思路
首先，作者以苯乙烯1a为底物，在醋酸钯催化下，对于配体和添加剂以及溶剂进行了筛选，发现在二（二苯基膦）丙烷dppp作配体，四丁基碘化铵作为添加剂，1,2-二氯乙烷作溶剂的条件下，80 ^oC反应，就能以93%的优秀收率得到底物1a线性的氢甲酰化产物2a，在此条件下，并未得到氢羧基化产物3a和相应的支链产物。

图 4 反应条件的筛选

有了最佳反应条件，作者接着对反应底物进行了扩展，苯环上带有各种取代基的苯乙烯类底物或者脂肪族的链状烯烃和环状烯烃都可以在此条件下发生反应，18个底物都能以优秀的产率和区域选择性得到相应的氢甲酰化产物醛。

图 5 反应可能的机理

根据实验结果，作者也提出了可能的反应机理，零价钯首先和甲酸乙酸混合酸酐发生氧化加成得到中间体5，重排产生化合物6，对烯烃发生氢钯化反应得到7, 7发生迁移插入得到复合物8, 8和碘负离子发生配体交换得到9，再发生配体交换得到10，10释放出二氧化碳得到钯复合物11, 11发生还原消除得到醛2，再生零价钯进入新的循环。

图 6 对照实验一

通过对照实验（图6），可以看出在甲酸乙酸混合酸酐存在下，也能以87%的收率得到氢甲酰化产物，这也支持了假设的反应机理，而当反应中没有甲酸时，产率大大降低，说明甲酸在反应中起着非常重要的作用。

图 7 对照实验二

而通过氘代的对照实验，作者认为反应中存在着7和7’两种烯烃钯氢化的中间体，且反应过程是可逆的，只不过中间体7为主，这也为反应机理提供了进一步的证据。

总结：史一安教授的南京大学课题组使用醋酸钯作为催化剂，dppp作为配体，在HCOOH/Ac₂O的共同作用下，通过新的反应机制，实现了温和条件下高区域选择性（大于20:1）高产率制备一系列直链醛类化合物的反应。该烯烃氢甲酰化反应具有广泛的底物适用范围，并且操作十分简便，避免了易燃易爆的合成气（CO +H₂）的使用，为合成该类化合物提供了一条简洁高效的方法，将在有机合成和药物合成中具有重要应用。