催化学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (2): 215-217.DOI: 10.1016/S1872-2067(15)61037-3
张文珍, 郭春晓, 吕小兵
Wenzhen Zhang, Chunxiao Guo, Xiaobing Lü
摘要：
二氧化碳是一种储量丰富且廉价易得的可再生性碳一资源. 化学工作者建立起来的一系列过渡金属催化的CO2作为羧化试剂的新反应方法学, 成功地将CO2高效转化成在精细有机合成中有着重要用途的羧酸及其衍生物等高附加值的化学品. CO2通常作为亲电试剂或环加成底物与各种亲核试剂或含不饱和键的化合物进行反应. 最近, 过渡金属催化的两种不同亲电试剂的还原交叉偶联反应作为一种构建碳-碳键的直接而有效的新方法受到了研究者的极大关注. 此种方法不同于传统的交叉偶联反应, 不再使用难以制备且对水和氧敏感的金属有机化合物, 原料易得且操作非常简便. 其中亲电试剂与CO2的直接还原羧化反应便是一种合成功能羧酸的更绿色的新方法.
Martin 课题组之前报道了首例钯催化的芳基溴代物与CO2的还原羧化反应. Tsuji 课题组也发现了反应条件更温和的镍催化的芳基或烯基氯代物与CO2的直接羧化反应. 随后 Martin 课题组发展了苄基氯代物、芳基或苄基酯、烯丙基酯等一系列亲电试剂直接还原羧化反应. 而对于含有β氢的非活化烷基亲电试剂, 由于其不易进行氧化加成反应, 同时原位形成的烷基金属试剂容易进行β氢消除及二聚等副反应, 使得这类底物参与的直接还原羧化反应极具挑战性.
最近, Martin 课题组在含有β氢的非活化烷基亲电试剂与CO2的还原羧化反应研究方面取得了突破. 使用锰粉作为还原剂, 氯化镍乙二醇二甲醚配合物与 2,9-二乙基-1,10-邻菲罗啉配体组成的催化体系能有效抑制β氢消除及二聚等副反应, 在室温及常压条件下便可高效地将一系列含有β氢的非活化烷基溴代物转化成相应的羧酸. 此催化体系的底物适用性很宽, 酯基、氰基、缩醛、醛、酮甚至醇羟基和酚羟基等活泼基团都能被容忍. 他们应用此反应成功实现了具有生物活性的羧酸小分子化合物的一步合成. 虽然确切的反应机理目前还不够清楚, 但初步的实验表明催化循环中可能包含一价镍物种参与的单电子转移过程. 基于此反应体系, 他们随后也实现了包含炔基官能团的非活化烷基溴代物与CO2的还原环化/羧化串联反应, 环状α,β-不饱和羧酸产品的顺反构型可以很容易地通过底物及配体的选择进行控制.
总之, Martin 课题组发展的镍催化体系在温和条件下实现了含有β氢的非活化烷基亲电试剂与CO2的还原羧化反应. 此反应底物适用性宽, 原料易得, 操作简便, 为合成功能团羧酸提供了一种行之有效的方法. 此反应的成功也极大扩展了还原交叉偶联反应的底物适用范围. 随着机理研究的深入, 更多新型高效的非活化烷基亲电试剂与CO2的还原羧化反应将会出现.
