自動串聯催化

宋智勇

摘 要：多米諾反應是用簡單的材料從單一的操作中合成結構復雜的分子的高效合成方法，已引起高度重視。反應催化劑也在多米諾反應中得到了很好的研究。近日，提出了多米諾反應的新概念——串聯催化，催化劑依次激活了兩種以上完全不同的反應。自動串聯催化被定義為一個過程，這個過程中，同一個反應器中，一個催化劑促進兩個以上完全不同的反應。本文綜述了近幾年來自動串聯催化技術的研究成果。

關鍵詞：自動串聯催化；串聯催化；過渡金屬催化；酸催化

1.概述

隨著綠色有機合成化學的不斷發展，尋求理想的綠色合成方法，實現在溫和條件下快速、高選擇性的合成，是綠色有機化學發展中的重要目標。在這樣的目標下，高效、高選擇性、高原子經濟性的多米諾反應就尤為重要。

現代有機合成對化學家的要求不再只是拿到目標分子，還要求化學家更加注重有機合成反應的反應效率和原子經濟性。高效、高選擇性、與環境友好型的綠色化學策略，已成為現代有機化學發展的必然趨勢。

理想的有機合成應該是從易得的原料開始，通過一個簡單的、快速的、高產率的無污染操作過程來制備所需的目標分子。對于有機合成化學家們來說，現在最大的挑戰就是尋求最佳合成方法得到目標產物。在眾多的合成策略中，串聯反應以其固有的優勢脫穎而出，成為一個快速發展的合成方法。

目前，串聯反應已成功地應用于不對稱合成以及雜環化合物的合成中，特別是對于光學活性的天然產物和復雜分子，串聯反應充分顯示了較一般方法的優越性。2001年，已有關于串聯反應在有機合成方面應用的綜述報道，但是這些報道只是對串聯反應的初步介紹，或者對某種特定的串聯反應作了較為詳盡的討論。近五年來，隨著研究的不斷深入，又出現了許多新的串聯反應，特別是在光學活性天然產物分子的合成中，本文綜述了近幾年來自動串聯催化技術中過渡金屬催化反應和酸催化反應的研究成果。

2.自動串聯催化

“自動串聯催化”在反應過程中，一種催化劑促進兩次以上的化學轉化，反應機理不同且沒有附加的引發劑。

催化劑X作用在底物A和B上，并促進其反應得到中間體C，相同的催化劑X進一步與中間體C作用，激活連續反應生成產品D。自動串聯催化有幾個優點：操作的復雜性小，催化劑的利用率高，此外催化劑的相互作用對不同反應的影響最小。另一方面，自動串聯催化有時難以優化反應條件。

有一個廣泛的有機催化劑的介導，如過渡和有代表性的金屬催化劑，有機酸、堿催化劑，相轉移催化劑和生物催化劑。當這些催化反應是由一個單一的催化劑作用相結合的過程時，它可以被稱為自動串聯催化。我們總結了一些最近的自動串聯催化的研究成果。我們根據所使用的催化劑的作用把它分為四大類：1）過渡金屬催化反應；2）酸催化反應；3）過渡金屬與酸催化反應；4）胺催化反應；5）其他。并對其中的過渡金屬催化和酸催化反應進行綜述。

2.1自動串聯催化反應中的過渡金屬催化反應

過渡金屬催化反應的進展已徹底改變了合成化學，有機合成中的過渡金屬應用非常廣泛，包括加氫反應，交叉偶聯反應，烯烴（炔）復分解反應。本節總結了涉及兩個或多個完全不同的過渡金屬催化的自動串聯催化反應。

第一個例子是有Grubbs課題組[1]報道的Grubbs催化劑，促進了多米諾關環復分解反應和加氫反應。

在這個過程中，催化劑獨立催化二烯的關環復分解反應，和環戊烯的加氫反應得到環戊烷，無論是反應時還是反應過程中都需要隔離環戊烯，盡管環戊烯是一個穩定且可分離的化合物。因此減少或浪費的步驟可以最小化。一個成功的反應需要考慮催化反應的動力學。二烯的關環復分解反應比環戊烯的加氫反應快得多，他們用這個方法合成了一鍋序列麝香酮。

Sato等[2]用銠催化劑催化線性多米諾氫酰化-環化加成序列構建酮，他們應用這種良好的反應合成表藍桉醇。

2.2自動串聯催化中的酸催化反應

本節總結了自動串聯催化中一種催化劑激活兩種以上的酸催化反應。酸催化劑包括Lewis 和 Brnsted酸，是基本的催化劑，廣泛應用于各種成鍵和鍵的斷裂、重排反應。酸催化劑使雜原子的孤對電子相配合，如氧或氮原子，不飽和鍵的π電子，特別是碳-碳多重鍵[3]。通過與酸催化劑的相互作用，基板的電性增加，親核加成、取代或消除將加速。

當一個羰基和炔基在同一分子中存在時，酸催化劑可以同時激活這兩個基本功能。Yamamoto等人[4]已報道在足量的催化劑Pd（OAc）2存在下，用甲醇處理炔醛，得到五或六元環烯醚。

Pd（OAc）2先激活羰基功能，加速親核加成把甲醇加入到半縮醛A中，在沒有催化劑的情況下，A的形成速率將非常緩慢，Pd（OAc）2進一步與A的炔基部分反應，在5-exo-dig和6-endo-dig環合模式下激活的分子內親核加成得到烯基醚。自動串聯催化涉及PdII的雙重作用，可用于抗腫瘤藥物的合成[5]。

3.小結

自動串聯催化在有機合成中仍處于起步階段。分子的復雜性和多樣性在一個單一的反應中獲得將是有限的，自動串聯催化可能會打開一個新的領域，即使在一步也能得到更高層次的復合物。自動串聯催化在有機合成中將更高效、更環保。反應設計的進一步發展和新型高效催化劑的發現將有助于自動串聯催化發展。我們希望，自動串聯催化的概念有利于發展復雜的合成策略。

參考文獻

[1] J. Louie，C. W. Bielawski，R. H. Grubbs，J. Am. Chem. Soc. 2001，123，11312-11313.

[2] N. T. Patil，Y. Yamamoto，Chem. Rev. 2008，108，3395-3442.

[3] N. Asao，T. Nogami，K. Takahashi，Y. Yamamoto，J. Am. Chem. Soc.2002，124，764-765.

[4] S. Mondal，T. Nogami，N. Asao，Y.Yamamoto，J.Org.Chem.2003，68，9496-9498.

[5] T. Jin，Y. Yamamoto，Org. Lett. 2008，10，3137-3139.