【有机】JACS：铑氢催化实现碳碳双键的高选择性氢化
不饱和有机化合物的催化氢化在学术界和工业界都具有广泛的应用，特别是在药物制备、香料等精细化学品的合成等领域。其中，α,β-不饱和羰基化合物的1,4-还原尤其引起了人们的关注。除氢气作为氢源之外，硅氢、甲酸盐以及醇类化合物都被高效、广泛地用于此类底物的氢化。虽然目前也发展了一些无过渡金属（硒粉、硼烷以及电子）催化的氢化反应，但不饱和化合物的选择性氢化主要还是依赖于过渡金属和配体组成的催化体系。
目前，大多数1,4-还原反应仍然存在一些缺陷，例如敏感官能团的耐受性差以及具有高度取代且位阻大的底物反应性一般较差。事实上，这种空间限制有时会影响氢化的选择性或导致氢化反应无法进行。例如，Snyder课题组在coccinellid生物碱exochomine、arborisidine和chilocorine C的合成过程中就遇到了大位阻底物的氢化难题。如Scheme 1所示，在合成exochomine的最后一步反应中，需要对大位阻烯酮1进行高选择性还原，而烯酮1含有的二硫戊环、苄基酮、酰基吡咯更容易被还原，且反应过程中伴随着副反应发生。目前，对于目标产物2的合成，需要在当量Mn(dpm)3参与的以硅氢做为还原剂的条件下完成（Scheme 1A）。考虑到此类反应需要当量金属试剂以及硅氢作为还原剂，因此，开发新型的催化体系，以氢气作为氢源来实现α,β-不饱和羰基化合物的催化1,4-还原极为重要。
最初，Norton课题组尝试在Cr催化剂[CpCr(CO)3H]和Co催化剂[Co(dmgBF2)2L2]的条件下以氢自由基转移的方式实现化合物1到2的还原。但非常遗憾的是，此类反应并没有顺利发生。最近，Cp*Rh作为反应的催化剂可以非常高效地实现芳烃和烯烃的还原。2019年，Chirik课题组发现(η5-C5Me5)Rh(ppy)H（RhH-1）可以实现酰胺等含氮化合物以及部分配体的还原，并且最近还实现了氮杂芳烃的还原。在他们的研究过程中，在一定的氢气压力条件下，RhH-1还原消除2-苯基吡啶之后可以形成活性的多金属分子簇（可以看成是纳米颗粒）（Scheme 1B）。基于上述的研究，最近，哥伦比亚大学的Jack R. Norton课题组考虑以RhH-1作为反应的催化剂实现1到2的还原。需要指出的是，RhH-1是非常好的氢负和氢自由基供体，但也是较差的质子供体。
在Norton课题组的研究中，RhH-1作为反应的催化剂可以高效、高选择性地实现烯酮、烯烃化合物的选择性氢化。此外，机理的相关研究表明此反应更像一个均相而非多相的催化体系（Scheme 1C）。相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.1c04683）。
（来源：J. Am. Chem. Soc.）
首先，作者以查耳酮3作为底物对反应条件进行了优化研究（Table 1）。最终，以RhH-1作为反应的催化剂、在80 psi的氢气压力和室温下即可实现查尔酮的还原，产率高达99%。减少催化剂的用量、降低反应的压力或者以RhH-2作为催化剂进行反应时，产率都会不同程度地降低。
（来源：J. Am. Chem. Soc.）
紧接着，作者对链状烯酮以及环状烯酮的底物适用范围进行了研究（Table 2）。对于链状烯酮类型的底物，即使底物中含有敏感的咪唑、噻吩、磺酰基以及内酯等基团，反应几乎不受影响，大部分都可以以大于90%的产率得到目标产物。此外，对于环状烯酮的底物，反应结束之后大部分也可以以大于83%的产率得到目标化合物，体现了此类反应广泛的底物适用范围。
（来源：J. Am. Chem. Soc.）
作者进一步尝试了烯醛类化合物的还原（Table 3）。在不同反应时间的条件下，可以实现烯醛选择性还原为饱和的为醛和醇。此外，在最优的反应条件下，作者实现了1的类似物40和41的选择性还原，进一步说明了反应的高效性。
（来源：J. Am. Chem. Soc.）
为了进一步研究此类反应的底物适用范围，作为研究了其它烯烃的还原，反应结束之后都可以以大于80%的产率得到目标产物（42-51，Table 4）。此外，此类反应还可以实现药物分子的氢化（Scheme 2）。
（来源：J. Am. Chem. Soc.）
（来源：J. Am. Chem. Soc.）
最后，通过相关机理实验的研究，作者认为烯酮等不饱和化合物的还原和普通烯烃的还原具有不一样的反应机理。并且，反应的过程不是一个自由基的过程。
小结：Norton课题组实现了铑氢催化α,β-不饱和羰基化合物的1,4-还原，并且，此催化氢化反应体系具有广泛的底物适用范围。相信此方法在学术以及医药工业领域将会有广泛的应用。