近日，中国科学院大连化学物理研究所周永贵和华中科技大学廖荣臻团队采用钯催化体系实现α,β-不饱和内酯的不对称自串联氢化反应，以高收率和对映选择性得到手性二醇。
背景介绍：
自串联反应是指两个及以上的独立反应在同一个催化反应体系中相继发生的过程。在自串联反应中，单个催化剂按顺序促进不同机理的两种或更多种化学转化。由于其高的原子经济性和步骤经济性，近年来，自串联策略得到了广泛研究。但是目前不对称自串联反应的报道相对较少，发展有效的不对称催化体系实现不同官能团的自串联催化反应具有重要的意义。
本文亮点：
基于课题组在钯催化不对称氢化反应方面的研究积累，本文发展了钯催化α,β-不饱和内酯的不对称自串联氢化反应，采用钯/手性双膦配合物作为催化剂，三氟乙醇作为溶剂，实现不饱和内酯底物中烯烃和酯两个不同官能团的同时氢化（图1）。此外，通过降低反应温度，可以使得反应只停留在烯烃氢化阶段，获得手性二氢香豆素衍生物。
图1.钯催化α,β-不饱和内酯的不对称自串联氢化
在最优条件下，对反应的不饱和内酯底物适用范围进行考察。如图2所示，一系列烷基和芳基取代的α,β-不饱和内酯均能发生不对称自串联氢化反应，以优秀的对映选择性得到手性二醇化合物。当底物由不饱和内酯更换为不饱和内酰胺时，遗憾的是不对称自串联氢化反应无法发生。
图2.钯催化α,β-不饱和内酯不对称自串联氢化底物适用范围
鉴于手性二氢香豆素是重要的结构单元，作者通过反应条件的重新优化，发现降低反应温度和催化剂用量，可以顺利使反应停留在α,β-不饱和内酯中烯烃被不对称氢化步骤，从而得到一系列手性二氢香豆素衍生物。在α,β-不饱和内酯底物的普适性考察中，发现各种烷基、芳基和杂芳基取代的α,β-不饱和内酯都能取得优秀的收率和对映选择性。值得注意的是，α,β-不饱和内酰胺也适用于该反应，可以取得98%的收率和90%的对映选择性（图3）。
图3.钯催化α,β-不饱和内酯的烯烃不对称氢化
为了进一步展示该方法的实用性，作者进行了克级规模实验和产物转化实验（图4）。在克级规模实验中，反应的收率及对映选择性能够保持。在产物转化实验中，二醇可以顺利转化为内酯、醚和三醇化合物，且光学纯度可以保持。
图4.克级规模和产物转化实验
基于实验和理论计算，推测可能的反应路径：首先，α,β-不饱和内酯的碳碳双键发生不对称氢化反应，高对映选择性地得到二氢香豆素3；随后，在同一钯催化体系下，手性二氢香豆素3发生酯羰基进一步氢化得到中间体半缩醛7；接着，原位生成的三氟乙酸使其消除得到醛8；最后，醛8在钯催化体系下被快速氢化得到手性二醇产物2。（图5）。
图5.钯催化α,β-不饱和内酯的不对称自串联氢化反应路径
总结与展望：
综上所述，作者成功实现了钯催化α,β-不饱和内酯的不对称自串联氢化反应。在该反应中，α,β-不饱和内酯的碳碳双键首先发生不对称氢化，高对映选择性地得到二氢香豆素；然后，使用相同的催化体系，进一步氢化酯，制备手性二醇。此外，通过降低反应温度，可以使反应停留在α,β-不饱和内酯碳碳双键被氢化步骤，以优秀的对映选择性得到手性二氢香豆素。值得注意的是，这是均相钯催化剂首次在中性偏弱酸条件下，成功应用于酯的氢化。
文章详情：
Asymmetric Autotandem Palladium Catalysis for α,β-Unsaturated Lactones: Merging Olefin and Ester Hydrogenation
Lei Sun†, Han Wang†, Die Bai, Chang-Bin Yu, Bo Wu, Rong-Zhen Liao* and Yong-Gui Zhou*
Cite this by DOI：10.31635/ccschem.023.202303564
文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.023.202303564
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