不飽和有機化合物的催化氫化在學術界和工業(yè)界都具有廣泛的應用，特別是在藥物制備、香料等精細化學品的合成等領域。其中，α,β-不飽和羰基化合物的1,4-還原尤其引起了人們的關注。除氫氣作為氫源之外，硅氫、甲酸鹽以及醇類化合物都被高效、廣泛地用于此類底物的氫化。雖然目前也發(fā)展了一些無過渡金屬（硒粉、硼烷以及電子）催化的氫化反應，但不飽和化合物的選擇性氫化主要還是依賴于過渡金屬和配體組成的催化體系。
目前，大多數(shù)1,4-還原反應仍然存在一些缺陷，例如敏感官能團的耐受性差以及具有高度取代且位阻大的底物反應性一般較差。事實上，這種空間限制有時會影響氫化的選擇性或?qū)е職浠磻獰o法進行。例如，Snyder課題組在coccinellid生物堿exochomine、arborisidine和chilocorine C的合成過程中就遇到了大位阻底物的氫化難題。如Scheme 1所示，在合成exochomine的最后一步反應中，需要對大位阻烯酮1進行高選擇性還原，而烯酮1含有的二硫戊環(huán)、芐基酮、?；量└菀妆贿€原，且反應過程中伴隨著副反應發(fā)生。目前，對于目標產(chǎn)物2的合成，需要在當量Mn(dpm)3參與的以硅氫做為還原劑的條件下完成（Scheme 1A）。考慮到此類反應需要當量金屬試劑以及硅氫作為還原劑，因此，開發(fā)新型的催化體系，以氫氣作為氫源來實現(xiàn)α,β-不飽和羰基化合物的催化1,4-還原極為重要。
最初，Norton課題組嘗試在Cr催化劑[CpCr(CO)3H]和Co催化劑[Co(dmgBF2)2L2]的條件下以氫自由基轉(zhuǎn)移的方式實現(xiàn)化合物1到2的還原。但非常遺憾的是，此類反應并沒有順利發(fā)生。最近，Cp*Rh作為反應的催化劑可以非常高效地實現(xiàn)芳烴和烯烴的還原。2019年，Chirik課題組發(fā)現(xiàn)(η5-C5Me5)Rh(ppy)H（RhH-1）可以實現(xiàn)酰胺等含氮化合物以及部分配體的還原，并且最近還實現(xiàn)了氮雜芳烴的還原。在他們的研究過程中，在一定的氫氣壓力條件下，RhH-1還原消除2-苯基吡啶之后可以形成活性的多金屬分子簇（可以看成是納米顆粒）（Scheme 1B）。基于上述的研究，最近，哥倫比亞大學的Jack R. Norton課題組考慮以RhH-1作為反應的催化劑實現(xiàn)1到2的還原。需要指出的是，RhH-1是非常好的氫負和氫自由基供體，但也是較差的質(zhì)子供體。
在Norton課題組的研究中，RhH-1作為反應的催化劑可以高效、高選擇性地實現(xiàn)烯酮、烯烴化合物的選擇性氫化。此外，機理的相關研究表明此反應更像一個均相而非多相的催化體系（Scheme 1C）。相關研究成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.1c04683）。
（來源：J. Am. Chem. Soc.）
首先，作者以查耳酮3作為底物對反應條件進行了優(yōu)化研究（Table 1）。最終，以RhH-1作為反應的催化劑、在80 psi的氫氣壓力和室溫下即可實現(xiàn)查爾酮的還原，產(chǎn)率高達99%。減少催化劑的用量、降低反應的壓力或者以RhH-2作為催化劑進行反應時，產(chǎn)率都會不同程度地降低。
（來源：J. Am. Chem. Soc.）
緊接著，作者對鏈狀烯酮以及環(huán)狀烯酮的底物適用范圍進行了研究（Table 2）。對于鏈狀烯酮類型的底物，即使底物中含有敏感的咪唑、噻吩、磺?；约皟?nèi)酯等基團，反應幾乎不受影響，大部分都可以以大于90%的產(chǎn)率得到目標產(chǎn)物。此外，對于環(huán)狀烯酮的底物，反應結(jié)束之后大部分也可以以大于83%的產(chǎn)率得到目標化合物，體現(xiàn)了此類反應廣泛的底物適用范圍。
（來源：J. Am. Chem. Soc.）
作者進一步嘗試了烯醛類化合物的還原（Table 3）。在不同反應時間的條件下，可以實現(xiàn)烯醛選擇性還原為飽和的為醛和醇。此外，在最優(yōu)的反應條件下，作者實現(xiàn)了1的類似物40和41的選擇性還原，進一步說明了反應的高效性。
（來源：J. Am. Chem. Soc.）
為了進一步研究此類反應的底物適用范圍，作為研究了其它烯烴的還原，反應結(jié)束之后都可以以大于80%的產(chǎn)率得到目標產(chǎn)物（42-51，Table 4）。此外，此類反應還可以實現(xiàn)藥物分子的氫化（Scheme 2）。
（來源：J. Am. Chem. Soc.）
（來源：J. Am. Chem. Soc.）
最后，通過相關機理實驗的研究，作者認為烯酮等不飽和化合物的還原和普通烯烴的還原具有不一樣的反應機理。并且，反應的過程不是一個自由基的過程。
小結(jié)：Norton課題組實現(xiàn)了銠氫催化α,β-不飽和羰基化合物的1,4-還原，并且，此催化氫化反應體系具有廣泛的底物適用范圍。相信此方法在學術以及醫(yī)藥工業(yè)領域?qū)袕V泛的應用。
