幸运催化剂，解决大问题——《Nature》报道卤代烯烃合成新方法

chem化学亮点2016-11-20411910

卤代烯烃（alkenyl halides）可以说是合成化学家的宠儿，许多重要的有机合成反应都会用到这种底物，这是因为过渡金属可以很容易地插入到它们的碳-卤素键中，从而促进碳原子与其他原子成键，完成新化合物的构建。另外，卤代烯烃也是一些药物或者天然产物的核心结构，与其生物活性息息相关。这么重要的化合物，合成起来却一点都不容易，甚至相当痛苦。烯化反应（olefination）虽然能制备部分卤代烯烃，但是副产物太多，而且产物的立体选择性也很糟。其他的一些方法要么操作复杂，要么收率低下，很难令化学家满意。

但化学家们天生就是要解决问题的，最近波士顿学院教授Amir H. Hoveyda带领的研究团队发现了一种新催化剂，通过催化交叉复分解反应（cross-metathesis）可以直接制备Z构型的氟代、氯代、溴代烯烃，收率可达91%，立体选择性高（Z/E ratio可大于98:2）。（Direct synthesis of Z-alkenyl halides through catalytic cross-metathesis. Nature, DOI: 10.1038/nature17396）

幸运催化剂，解决大问题——《Nature》报道卤代烯烃合成新方法第1张

普通交叉复分解反应（a）和Hoveyda的反应（b）。图片来源：NPG

卤代烯烃的合成问题也困扰了Hoveyda很长时间，他甚至戏称之为“肮脏的小秘密”。氯代、溴代烯烃很难合成，氟代烯烃的合成更是闻所未闻。“我们一直用它们来做交叉偶联反应，”他说，“但我们从不谈论如何制备它们。”

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Amir H. Hoveyda教授。图片来源：Boston College

Hoveyda和他的同事们尝试使用基于高氧化态钨（tungsten）和钼（molybdenum）的催化剂，催化烯烃和Z构型1,2-二卤代烯烃的交叉复分解反应来合成卤代烯烃，不过他们的心里也很忐忑，因为结构分析的结果直指这个反应行不通。“我们唯一的希望就是那些不是很稳定的反应中间体能多撑一会，好歹发生点什么反应，”他说。反应结果证明Hoveyda等人是非常幸运的，他们惊讶的发现一种钼催化剂（下图，Mo-4c）表现抢眼，反应的收率、立体选择性、官能团耐受性都出奇的好。

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这一反应的优点还不止于此。其他研究中复分解反应所用的卤代烯烃底物，不少在大多数反应条件下都是有毒性的气体，Hoveyda等人在这个反应中用市售的液态1,2-二卤代烯烃来代替它们，极大的方便了实验的操作，同时大幅降低安全风险。此外，Hoveyda等人还发现这一反应可以用Z-溴-氟乙烯来合成Z-构型的氟代烯烃，反应的选择性和收率都不错，官能团兼容性也较高（反应机理及实例见下图）。

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