Pd催化的烯烃区域选择性羟基酯化反应，采用统一的CO替代物

《Journal of Catalysis》：Pd-catalyzed regioselective hydroesterification of olefins with a unified CO surrogate

　　

李俊华|王凤音|李春音|庄雅辉|史媛|史妍

中国常州大学石油化工工程学院，天然与合成有机化学研究所，先进催化材料与技术江苏省重点实验室，邮编213164

摘要

本文描述了一种有效的钯催化区域选择性氢酯化方法，该方法用于 Terminal 和 Internal 烯烃与 N-甲酰糖或苯甲酸酯的反应，其中 N-甲酰糖或苯甲酸酯作为统一的 CO 替代物。在操作简便的情况下，无需使用易燃和有毒的气态 CO，即可获得多种线性酯类产物，且具有优异的区域选择性。

引言

酯类是最重要的官能团之一，在有机合成、制药、农用化学品和材料科学中发挥着关键作用。易获得的烯烃的氢酯化反应为这类分子的制备提供了便捷途径，因此一直受到学术界和工业界的关注。传统的氢酯化反应使用 CO 作为羰基源，醇类作为亲核试剂 [1]，已有大量研究报道了使用各种金属催化剂（包括钯 [2]、钴 [3]、钌 [4]、铑 [5] 或铂 [6]）进行此类反应（方案 1a）。尽管这些反应取得了显著进展，但使用有毒的气态 CO（通常需要高压和高温）会带来特殊设备和安全措施的要求，这对普通实验室的操作带来了困难，从而限制了该反应过程的进一步发展和广泛应用，尤其是在小规模应用（如复杂分子的合成）方面。为了解决这些问题，人们也开发了使用非气态羰基源的氢酯化方法 [7]。一种策略是采用双室系统，在单独的容器中生成 CO（方案 1b）。例如，Fleischer 报道称，可以使用 N-甲酰糖和 Na₂CO₃ 在单独的容器中生成 CO，从而有效地进行烯烃的氢酯化反应，而不会干扰酸促进剂的作用 [8a]。此外，这种双室系统物理上避免了 N-甲酰糖与醇类亲核试剂反应的不必要的消耗。Nielsen 和 Skrydstrup 报道称，可以通过双室系统将氢酯化反应与铱催化的甘油脱羰反应高效结合 [8b]。另一种策略是在反应过程中原位生成 CO 和/或将非 CO 羰基源直接引入烯烃中。例如，在钌 [9]、钯 [10]、钴 [11] 或镍 [12] 催化剂的存在下，已有效利用各种甲酸酯来生成相应的羧酸酯（方案 1c）。通常，特定的羧酸酯需要特定的甲酸酯和反应条件。例如，HCO₂Me 仅可用于生成甲基羧酸酯，而添加其他醇类会导致两种酯类的混合物，这可能会限制其应用。对于钯催化的氢酯化反应，目前报道有效的甲酸酯种类有限，主要包括 HCO₂Me [10b]、HCO₂Et [10b]、HCO₂CH₂CF₃ [10](f)、[10](h)、[10](j)、HCO₂Ar [10](a)、[10](c)、[10](d)、[10](e)、[10](g)、[10](h)、[10](i)、[10](j)、[10](k)、[10](l)。因此，开发一种高效且区域选择性的氢酯化过程，使用一种通用的非 CO 羰基源（方案 1d）从多种醇类生成羧酸酯是非常有意义的。Beller 报道称，使用 [Ru₃(CO)_{123 和 130 °C 可以有效地利用甲醛生成多种羧酸酯，但区域选择性较低 [13](a, [13])。在另一项研究中，Beller 表明，使用钯/吡啶醛/PTSA/100 °C 和过量的 HCO2H（13 当量）作为羰基源和相应的醇类溶剂，可以高效且区域选择性地生成甲基、乙基和丁基酯 [14]。在我们持续研究使用 HCO2H 及其衍生物作为羰基源的羰基化反应过程中，我们发现使用钯(OAc)2/1,2-DTBPMB 和 N-甲酰糖或 HCO2Ph 作为羰基源，可以高效地实现各种醇类的氢酯化反应（方案 2）。当前的一锅法反应条件使得羰基源和醇类可以在同一反应容器中共存，并且对 Terminal 和 Internal 烯烃以及醇类亲核试剂具有广泛的底物适用性，操作也较为简便。在此，我们希望报告我们在这一领域的初步研究成果。}

章节摘录

结果与讨论

最初的研究使用了 1-辛烯（1a）作为测试底物（详细信息见补充信息中的表 S1）。首先考察了各种 HCO₂H 衍生物（2.0 当量）作为羰基源，在 90 °C 下与 5 mol% 的钯(OAc)₂、10 mol% 的 1,2-DTBPMB 和 3.0 当量的 BnOH 在丙酮中反应 24 小时（表 1，条目 1-7）。令我们高兴的是，当使用 N-甲酰糖 [16]（5g）作为羰基源时，苄基酯 3a-1 的产率为 86%，且 l/b 比大于 20:1；而使用其他羰基源时，3a-1 的产率很低或没有生成。

结论

总结来说，我们开发了一种高效的区域选择性氢酯化方法，使用钯(OAc)₂/1,2-DTBPMB 作为催化剂，N-甲酰糖或苯甲酸酯作为统一的羰基源，能够以高达 99% 的产率和大于 20:1 的 l/b 比生成多种线性羧酸酯。该方法操作简单，无需处理有毒的气态 CO，并且可以在克级规模上顺利进行，这可能为相关研究提供便利。

李俊华：撰写初稿、数据可视化、项目管理、方法论设计、数据分析、概念构思。王凤音：撰写初稿、数据可视化、验证、方法论设计、数据分析。李春音：数据可视化、验证、方法论设计、数据分析。庄雅辉：数据可视化、验证、数据分析。史媛：撰写、审稿与编辑、资源协调、项目管理。

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