北京化工大学许家喜团队Green Chemistry：水中羰基的高效转移氢化还原
导读
将酮还原成仲醇在有机化学中具有重要的价值。目前已经有很多还原酮的方法被成功开发，其中，转移氢化具有方便、适应性广等诸多优点。转移氢化可以在有机溶剂或水中实现，但相对来说，由于水做溶剂更符合21世纪绿色化学理念，更受研究人员青睐。
Scheme 1 水做溶剂的转移氢化反应
一直以来，寻找合适的高效催化剂是水做溶剂的转移氢化反应最具价值的研究方向之一。如图一所示，最近xiao课题组开发了较为高效的金属铱催化剂XC-1、XC-2（Scheme 1），在对芳基甲基酮的还原中，底物/XC-1催化剂（S/C）比例2000的条件下可取得较好的效果；而xiao课题组在对α-官能团化酮底物的转移氢化中，底物/XC-2催化剂（S/C）的比例在1000或10000。2017年，许家喜课题组也报道了金属铱催化剂TC-1催化的醛羰基转移氢化反应，底物/TC-1催化剂（S/C）比例为5000。但这些成功案例中，底物/催化剂（S/C）比例还不够大，仍有优化空间。因此，许家喜课题课题组最近又报道了一种更为高效的转移氢化反应，在该反应中，本文作者使用TC-7作为催化剂，底物/催化剂（S/C）比例可达10000、50000甚至100000。（DOI: 10.1039/c8gc00348c）
如Table 1所示，本文作者首先采用苯基甲基酮1a为模型底物来进行反应条件优化。本文作通过不同的催化剂（TC-1—TC-8）、不同的底物/催化剂比例筛选，结果发现，在催化剂TC-7的条件下可以取得最高的转化率，底物/催化剂比例10000即可取得高达99%的转化率。
Table 1 条件优化
此外，本文作者还发现，还原率与反应环境的酸碱度有密切关系，本研究中，TC-7的最佳反应酸碱度PH为1.5。从Fig. 1可以看出，随着PH值的上升，反应转化率会急剧下降。
Fig. 1 酸碱度（PH）对反应转化率的影响
使用筛选得到的最佳条件，研究人员进行了充分的底物扩充。如Table 2所示，包括芳基烷基酮、不同位置给电子取代的芳基烷基酮、吸电子取代的芳基烷基酮、脂肪酮以及环酮均可以在该条件下产生相应的醇，许多产物的产率在90%以上。
Table 2 底物扩充
接着，本文作者又探索了该反应条件对α位官能团化酮的适应性，结果证明，α位醚、醇羟基、酯基、氰基、F原子、CF3以及羧基等多种官能团化的酮均可以在优化的条件下以高产率得到目标转移氢化还原产物。
Table 3 官能团化酮的转移氢化
此外，本文作者还探索了该优化反应条件对α,β-不饱和酮类底物的适应性。结果发现，α,β-不饱和酮类底物的C=C及C=O双键在该条件下均可被还原，得到与相应的酮转移氢化还原后相同的产物（如3m与1X；3n与1v）。而使用α,β-不饱和醇作为底物在该条件下并不能反应（如底物5、6），因此，本文作者推断，对于α,β-不饱和酮类底物，该条件下首先还原的是C=C键。（Scheme 2）
Scheme 2 α,β-不饱和酮的还原
最后，本文作者还使用茚三酮3o作为底物，进行了克级规模还原试验。如Scheme 3所示，本文作者使用优化得到的条件，成功还原8.9g茚三酮3o得到了8.3g相应产物4o，产率高达99%。
Scheme 3 茚三酮3o的克级规模还原
对于本文反应，可能的反应机理如fig.2所示，首先，催化剂TC-7通过A中间体形成关键铱中间体B。中间体B可发生质子化作用并产生氢气；也可与质子活化的酮1或3缓慢反应，经过四元环过渡态C形成中间体D。中间体D与甲酸盐阴离子进行配体交换可使催化剂再生。
Fig. 2 反应机理
总的来说，本文成功实现水做溶剂的酮的转移氢化还原，该反应具有高效、高化学选择性、耐受性高等诸多优点。在底物/催化剂比例10000的条件下就可实现酮的还原，而且底物不限于简单的酮，还包括α和β官能团化的酮，是一种绿色、高效的酮的转移氢化还原方法。
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