今天給大家?guī)淼耐扑褪前l(fā)表在JACS上的研究進展，題為：Catalytic Hydrogenation of Thioesters, Thiocarbamates, and Thioamides。在本次研究中，作者利用Pincer（螯合）型配體的Ru催化劑，實現(xiàn)了仿生的從硫酯到硫醇的轉(zhuǎn)化。通訊作者是來自以色列魏茨曼科學研究學院的David Milstein。
在生物體內(nèi)，NAD(P)H能將硫酯還原為硫醇和醇類。由于生物還原條件溫和，因此在生物體內(nèi)可以合成多種多樣的醇類天然產(chǎn)物。但目前，將硫酯還原成硫醇的化學合成方法需要使用當量的H-還原劑，這不僅產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，且條件一般不太友好。受到生物過程的啟發(fā)，作者希望使用氫氣這一清潔綠色的還原劑實現(xiàn)硫酯的還原（圖 1）。
圖1. 反應初始設計
在之前，該課題組實現(xiàn)了將硫醇與醇或者醛在Pincer型配體Ru催化劑的條件下轉(zhuǎn)化為硫酯的方法學（圖 2）。在該反應中，氫氣是唯一的副產(chǎn)物。因此，從反應可逆的角度，作者思考，能不能在加壓的條件下，將這一反應逆向應用，實現(xiàn)硫酯的氫化。
圖2. 前期的反應基礎
為了實現(xiàn)這一設想，作者首先將催化劑Ru-1與硫酯進行當量反應嘗試，結果發(fā)現(xiàn)，硫酯轉(zhuǎn)化成為相應的硫醇絡合在Ru中心上，其消除產(chǎn)生氫氣的機理為外層消除機理（圖 3）?；谶@一發(fā)現(xiàn)，作者開始進行了條件篩選。篩選細節(jié)不再贅述，作者自行閱讀。其最優(yōu)條件為135度，20 bar氫氣壓（圖 4）。
圖3. 反應初步設計
隨后，作者進行了底物擴展（圖 5）。底物擴展顯示，該方法學可以兼容酯基以及多取代的雙鍵。但是對于單取代的烯烴官能團以及酮羰基，在反應過程中會被還原。除此以外，對于硫代甲酰胺以及硫代酰胺（圖 6），該方法學也能兼容，還原成相應的硫醇以及胺。具體細節(jié)作者不再贅述，讀者自行閱讀。
圖4. 條件篩選
圖5. 部分硫酯底物擴展
圖6. 硫代甲酰胺以及硫代酰胺底物擴展
對于反應機理，作者基于前期工作，給出如下催化循環(huán)（圖 7）：首先，催化劑經(jīng)過一步構象異構，產(chǎn)生活性催化物種fac-Ru-1，其特征為P原子與H處于對位，催化劑構象為四方錐構象。其另一個P原子的反位為空位點。隨后，硫酯絡合，發(fā)生插入反應，羰基還原。隨后，發(fā)生β消除，產(chǎn)生醛物種，然后氫氣通過異裂的方式產(chǎn)生活性Ru-H物種。該物種要么離去硫醇產(chǎn)物，或著以類似Noyori催化劑還原的形式將醛副產(chǎn)物還原成醇。進而完成催化循環(huán)。
圖7. 反應機理假設
總的來說，在本次研究工作中，作者利用Pincer型配體的Ru催化劑，實現(xiàn)了硫酯的催化氫化。該反應最大的特點是底物的兼容性好，能兼容其他硫代甲酰胺以及硫代酰胺。
作者：TZY 審校：WS
DOI: 10.1021/jacs.0c10884
Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10884
