铁催化的空气氧化Wacker型反应

Wacker氧化反应是一个具有非常重要历时意义的催化反应，是金属钯催化剂第一次被应用于有机合成工业生产的反应。它的确立促进了均相催化有机合成工业的发展。虽然该反应经历了半个多世纪的发展取得了较大进展，但是，仍旧存在一些挑战性的问题亟待解决：（1）催化剂昂贵。金属钯在地壳中的含量仅为一亿分之一，非常匮乏、价格昂贵且毒性大。（2）应用范围受到限制。内烯和缺电子烯难反应；活性的羟基、硼酸基以及强配位性的吡啶基难以兼容；苯乙烯型的反应物容易发生聚合和氧化断裂的副反应。（3）氧化剂的问题。最经典的氧化剂是计量的氯化铜，它的使用容易导致钯催化剂的降解、烯的异构化、氯化副反应和产生大量的铜废物。其它的氧化剂要么存在价格昂贵和产生废物多，要么存在着安全性问题。

近日，南京师范大学的韩维（点击查看介绍）课题组受到细胞色素P-450（Cytochrome P-450）催化氧化烃过程的启发，使用地壳中的含量第二大的金属铁为催化剂（铁的价格大约仅为钯价格的五万分之一，而且具有生物相容性，不污染环境），直接在最理想的氧化剂空气氧化的作用下，实现了高效和高选择性的Wacker型氧化反应。这一研究结果发表在Angewandte Chemie International Edition 上，南京师范大学的研究生刘彬彬和金凤莉为该论文的共同第一作者。

优化的反应条件下，缺电子芳烯、富电子芳烯和有位阻的芳烯都能取得优良的催化效果。值得一提的是：经典钯催化Wacker反应中，难于兼容的醛基、酚羟基、硼酸基以及吡啶基在铁催化的体系中具有很好的相容性。同样地，脂肪烯也能取得较好的收率。

内烯是Wacker氧化经典的惰性烯，在该铁催化的体系中表现出了理想的催化活性和选择性，甚至双重惰性的缺电子内烯和缺电子杂环内烯都给出了理想的催化效果。

该铁催化的方法的另一大亮点是对含双键的复杂小分子具有前所未有的催化效果。例如，天然产物奎宁可以直接发生Wacker氧化，而易于氧化的苄羟基很好的兼容、未保护胆酸和糖基片段都能取得优秀的催化效果。

最后，作者通过同位素标记和自由基捕获等试验，提出了如下的反应机理：

该论文作者为：Binbin Liu, Fengli Jin, Tianjiao Wang, Xiaorong Yuan, and Wei Han

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Wacker-Type Oxidation Using an Iron Catalyst and Ambient Air: Application to Late-Stage Oxidation of Complex Molecules

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 12712-12717, DOI: 10.1002/anie.201707006

导师介绍

韩维

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