配体和溶剂调控的发散型羰基化反应

kong

发散型合成越来越受到有机化学家的青睐，从一种原料出发，在不同的反应条件下可以得到多种有用的产物，从而迅速建立起一种产物库。在发散型合成中，选择性显得尤为重要。B. M. Trost将选择性分为四类，分别是化学选择性、区域选择性、非对映选择性和对映选择性。尽管实现高选择性的化学转化依然是当今有机化学面临的重大挑战之一，但是在过去几十年中，这一领域取得了长足的发展，尤其是金属催化的诞生为有机合成提供了更多的可能和机遇。钯、铑、钌、铱等过渡金属催化的反应已经在有机合成中得到了广泛的应用。

近日，浙江理工大学的吴小锋研究员在Angew. Chem. Int. Ed. 上发表了题为“Ligand and Solvent Controlled Regio- and Chemo-divergent Carbonylative Reactions ”的综述，总结讨论了近年来在配体调控的发散型羰基化反应领域的研究进展。该论文第一作者是浙江理工大学青年教师彭金宝。

众所周知，在过渡金属催化中，金属中心周围的化学环境是影响其催化活性的关键因素。而配体和金属之间的配位作用将直接影响金属中心的性质，其中配体的位阻效应和电子效应是影响反应活性和选择性的两个重要因素。新型配体的设计和合成也应运而生，国内外很多课题组设计合成了各种配体并取得了非常瞩目的成绩。同时，过渡金属催化的羰基化反应利用一氧化碳作为一种廉价的C1合成子，为各种羰基化合物的合成提供了一条直接且原子经济性的途径。从反应机理来看，钯催化的羰基化反应一般由至少以下三个基元反应组成：（1）通过零价钯对C-X键（X = I, Br, Cl, OTf等）的氧化加成或者二价钯与不饱和键的反应生成C-Pd物种；（2）CO与钯配位并迁移插入C-Pd键生成酰基钯；（3）亲核试剂进攻酰基钯得到羰基化产物。每个基元反应对反应条件的要求可能会有不同。例如，对于芳香卤代烃的羰化偶联反应，富电子的金属中心有利于金属对C-X键的氧化插入，而CO的配位和插入则需要一个缺电子的金属中心；大位阻的配体有利于最后的还原消除，但是太大的位阻作用又会阻碍CO的配位和插入。实现高效而选择性的羰基化反应的关键在于在这些不同的需求中找出适当的平衡。

在羰基化反应中，催化剂、配体、溶剂、添加剂、温度、CO压力等因素都会影响反应的进行。其中，配体、溶剂和一氧化碳都可以跟中心金属配位，所以配体和溶剂的选择会对羰基化反应的活性和选择性都起到至关重要的作用。从同样的原料出发利用不同的配体和溶剂可能会得到不同的产物。该论文从三个方面讨论了配体和溶剂在发散型羰基化反应中的巨大作用：（1）不饱和键在参与羰基化反应时，通过使用不同的配体可以选择性的得到线型和支链型的产物，即区域选择性；（2）当底物中含有多个反应位点（如二卤代烃、氨基苯酚）时，通过配体的选择可以控制在某个特定位点反应，即化学选择性；（3）不同的配体和溶剂可能影响反应历程而得到不同的羰化产物，即产物选择性。