北京化工大學許家喜團隊：水中羰基的高效轉移氫化還原

　　導讀：將酮還原成仲醇在有機化學中具有重要的價值。目前已經有很多還原酮的方法被成功開發，其中，轉移氫化具有方便、適應性廣等諸多優點。轉移氫化可以在有機溶劑或水中實現，但相對來說，由于水做溶劑更符合21世紀綠色化學理念，更受研究人員青睞。

Scheme 1 水做溶劑的轉移氫化反應

　　一直以來，尋找合適的高效催化劑是水做溶劑的轉移氫化反應最具價值的研究方向之一。如圖一所示，最近xiao課題組開發了較為高效的金屬銥催化劑XC-1、XC-2（Scheme 1），在對芳基甲基酮的還原中，底物/XC-1催化劑（S/C）比例2000的條件下可取得較好的效果；而xiao課題組在對α-官能團化酮底物的轉移氫化中，底物/XC-2催化劑（S/C）的比例在1000或10000。2017年，許家喜課題組也報道了金屬銥催化劑TC-1催化的醛羰基轉移氫化反應，底物/TC-1催化劑（S/C）比例為5000。但這些成功案例中，底物/催化劑（S/C）比例還不夠大，仍有優化空間。因此，許家喜課題課題組最近又報道了一種更為高效的轉移氫化反應，在該反應中，本文作者使用TC-7作為催化劑，底物/催化劑（S/C）比例可達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為模型底物來進行反應條件優化。本文作通過不同的催化劑（TC-1—TC-8）、不同的底物/催化劑比例篩選，結果發現，在催化劑TC-7的條件下可以取得最高的轉化率，底物/催化劑比例10000即可取得高達99%的轉化率。

Table 1 條件優化

　　此外，本文作者還發現，還原率與反應環境的酸堿度有密切關系，本研究中，TC-7的最佳反應酸堿度PH為1.5。從Fig. 1可以看出，隨著PH值的上升，反應轉化率會急劇下降。

Fig. 1 酸堿度（PH）對反應轉化率的影響

　　使用篩選得到的最佳條件，研究人員進行了充分的底物擴充。如Table 2所示，包括芳基烷基酮、不同位置給電子取代的芳基烷基酮、吸電子取代的芳基烷基酮、脂肪酮以及環酮均可以在該條件下產生相應的醇，許多產物的產率在90%以上。

Table 2 底物擴充

　　接著，本文作者又探索了該反應條件對α位官能團化酮的適應性，結果證明，α位醚、醇羥基、酯基、氰基、F原子、CF3以及羧基等多種官能團化的酮均可以在優化的條件下以高產率得到目標轉移氫化還原產物。

Table 3 官能團化酮的轉移氫化

　　 此外，本文作者還探索了該優化反應條件對α,β-不飽和酮類底物的適應性。結果發現，α,β-不飽和酮類底物的C=C及C=O雙鍵在該條件下均可被還原，得到與相應的酮轉移氫化還原后相同的產物（如3m與1X；3n與1v）。而使用α,β-不飽和醇作為底物在該條件下并不能反應（如底物5、6），因此，本文作者推斷，對于α,β-不飽和酮類底物，該條件下首先還原的是C=C鍵。（Scheme 2）

Scheme 2 α,β-不飽和酮的還原

　　 最后，本文作者還使用茚三酮3o作為底物，進行了克級規模還原試驗。如Scheme 3所示，本文作者使用優化得到的條件，成功還原8.9g茚三酮3o得到了8.3g相應產物4o，產率高達99%。

Scheme 3 茚三酮3o的克級規模還原

　　對于本文反應，可能的反應機理如fig.2所示，首先，催化劑TC-7通過A中間體形成關鍵銥中間體B。中間體B可發生質子化作用并產生氫氣；也可與質子活化的酮1或3緩慢反應，經過四元環過渡態C形成中間體D。中間體D與甲酸鹽陰離子進行配體交換可使催化劑再生。

Fig. 2 反應機理

　　總的來說，本文成功實現水做溶劑的酮的轉移氫化還原，該反應具有高效、高化學選擇性、耐受性高等諸多優點。在底物/催化劑比例10000的條件下就可實現酮的還原，而且底物不限于簡單的酮，還包括α和β官能團化的酮，是一種綠色、高效的酮的轉移氫化還原方法。