自动串联催化

宋智勇

摘 要：多米诺反应是用简单的材料从单一的操作中合成结构复杂的分子的高效合成方法，已引起高度重视。反应催化剂也在多米诺反应中得到了很好的研究。近日，提出了多米诺反应的新概念——串联催化，催化剂依次激活了两种以上完全不同的反应。自动串联催化被定义为一个过程，这个过程中，同一个反应器中，一个催化剂促进两个以上完全不同的反应。本文综述了近几年来自动串联催化技术的研究成果。

关键词：自动串联催化；串联催化；过渡金属催化；酸催化

1.概述

随着绿色有机合成化学的不断发展，寻求理想的绿色合成方法，实现在温和条件下快速、高选择性的合成，是绿色有机化学发展中的重要目标。在这样的目标下，高效、高选择性、高原子经济性的多米诺反应就尤为重要。

现代有机合成对化学家的要求不再只是拿到目标分子，还要求化学家更加注重有机合成反应的反应效率和原子经济性。高效、高选择性、与环境友好型的绿色化学策略，已成为现代有机化学发展的必然趋势。

理想的有机合成应该是从易得的原料开始，通过一个简单的、快速的、高产率的无污染操作过程来制备所需的目标分子。对于有机合成化学家们来说，现在最大的挑战就是寻求最佳合成方法得到目标产物。在众多的合成策略中，串联反应以其固有的优势脱颖而出，成为一个快速发展的合成方法。

目前，串联反应已成功地应用于不对称合成以及杂环化合物的合成中，特别是对于光学活性的天然产物和复杂分子，串联反应充分显示了较一般方法的优越性。2001年，已有关于串联反应在有机合成方面应用的综述报道，但是这些报道只是对串联反应的初步介绍，或者对某种特定的串联反应作了较为详尽的讨论。近五年来，随着研究的不断深入，又出现了许多新的串联反应，特别是在光学活性天然产物分子的合成中，本文综述了近几年来自动串联催化技术中过渡金属催化反应和酸催化反应的研究成果。

2.自动串联催化

“自动串联催化”在反应过程中，一种催化剂促进两次以上的化学转化，反应机理不同且没有附加的引发剂。

催化剂X作用在底物A和B上，并促进其反应得到中间体C，相同的催化剂X进一步与中间体C作用，激活连续反应生成产品D。自动串联催化有几个优点：操作的复杂性小，催化剂的利用率高，此外催化剂的相互作用对不同反应的影响最小。另一方面，自动串联催化有时难以优化反应条件。

有一个广泛的有机催化剂的介导，如过渡和有代表性的金属催化剂，有机酸、碱催化剂，相转移催化剂和生物催化剂。当这些催化反应是由一个单一的催化剂作用相结合的过程时，它可以被称为自动串联催化。我们总结了一些最近的自动串联催化的研究成果。我们根据所使用的催化剂的作用把它分为四大类：1）过渡金属催化反应；2）酸催化反应；3）过渡金属与酸催化反应；4）胺催化反应；5）其他。并对其中的过渡金属催化和酸催化反应进行综述。

2.1自动串联催化反应中的过渡金属催化反应

过渡金属催化反应的进展已彻底改变了合成化学，有机合成中的过渡金属应用非常广泛，包括加氢反应，交叉偶联反应，烯烃（炔）复分解反应。本节总结了涉及两个或多个完全不同的过渡金属催化的自动串联催化反应。

第一个例子是有Grubbs课题组[1]报道的Grubbs催化剂，促进了多米诺关环复分解反应和加氢反应。

在这个过程中，催化剂独立催化二烯的关环复分解反应，和环戊烯的加氢反应得到环戊烷，无论是反应时还是反应过程中都需要隔离环戊烯，尽管环戊烯是一个稳定且可分离的化合物。因此减少或浪费的步骤可以最小化。一个成功的反应需要考虑催化反应的动力学。二烯的关环复分解反应比环戊烯的加氢反应快得多，他们用这个方法合成了一锅序列麝香酮。

Sato等[2]用铑催化剂催化线性多米诺氢酰化-环化加成序列构建酮，他们應用这种良好的反应合成表蓝桉醇。

2.2自动串联催化中的酸催化反应

本节总结了自动串联催化中一种催化剂激活两种以上的酸催化反应。酸催化剂包括Lewis 和 Brnsted酸，是基本的催化剂，广泛应用于各种成键和键的断裂、重排反应。酸催化剂使杂原子的孤对电子相配合，如氧或氮原子，不饱和键的π电子，特别是碳-碳多重键[3]。通过与酸催化剂的相互作用，基板的电性增加，亲核加成、取代或消除将加速。

当一个羰基和炔基在同一分子中存在时，酸催化剂可以同时激活这两个基本功能。Yamamoto等人[4]已报道在足量的催化剂Pd（OAc）2存在下，用甲醇处理炔醛，得到五或六元环烯醚。

Pd（OAc）2先激活羰基功能，加速亲核加成把甲醇加入到半缩醛A中，在没有催化剂的情况下，A的形成速率将非常缓慢，Pd（OAc）2进一步与A的炔基部分反应，在5-exo-dig和6-endo-dig环合模式下激活的分子内亲核加成得到烯基醚。自动串联催化涉及PdII的双重作用，可用于抗肿瘤药物的合成[5]。

3.小结

自动串联催化在有机合成中仍处于起步阶段。分子的复杂性和多样性在一个单一的反应中获得将是有限的，自动串联催化可能会打开一个新的领域，即使在一步也能得到更高层次的复合物。自动串联催化在有机合成中将更高效、更环保。反应设计的进一步发展和新型高效催化剂的发现将有助于自动串联催化发展。我们希望，自动串联催化的概念有利于发展复杂的合成策略。

参考文献

[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.