今天給大家?guī)?lái)的推送是發(fā)表在JACS上的研究進(jìn)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(shí)現(xiàn)了仿生的從硫酯到硫醇的轉(zhuǎn)化。通訊作者是來(lái)自以色列魏茨曼科學(xué)研究學(xué)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(xué)合成方法需要使用當(dāng)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(guò)程的啟發(fā)，作者希望使用氫氣這一清潔綠色的還原劑實(shí)現(xiàn)硫酯的還原（圖 1）。
圖1. 反應(yīng)初始設(shè)計(jì)
在之前，該課題組實(shí)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(xué)（圖 2）。在該反應(yīng)中，氫氣是唯一的副產(chǎn)物。因此，從反應(yīng)可逆的角度，作者思考，能不能在加壓的條件下，將這一反應(yīng)逆向應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)硫酯的氫化。
圖2. 前期的反應(yīng)基礎(chǔ)
為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，作者首先將催化劑Ru-1與硫酯進(jìn)行當(dāng)量反應(yīng)嘗試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硫酯轉(zhuǎn)化成為相應(yīng)的硫醇絡(luò)合在Ru中心上，其消除產(chǎn)生氫氣的機(jī)理為外層消除機(jī)理（圖 3）?；谶@一發(fā)現(xiàn)，作者開(kāi)始進(jìn)行了條件篩選。篩選細(xì)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(yīng)初步設(shè)計(jì)
隨后，作者進(jìn)行了底物擴(kuò)展（圖 5）。底物擴(kuò)展顯示，該方法學(xué)可以兼容酯基以及多取代的雙鍵。但是對(duì)于單取代的烯烴官能團(tuán)以及酮羰基，在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)被還原。除此以外，對(duì)于硫代甲酰胺以及硫代酰胺（圖 6），該方法學(xué)也能兼容，還原成相應(yīng)的硫醇以及胺。具體細(xì)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(kuò)展
圖6. 硫代甲酰胺以及硫代酰胺底物擴(kuò)展
對(duì)于反應(yīng)機(jī)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(guò)一步構(gòu)象異構(gòu)，產(chǎn)生活性催化物種fac-Ru-1，其特征為P原子與H處于對(duì)位，催化劑構(gòu)象為四方錐構(gòu)象。其另一個(gè)P原子的反位為空位點(diǎn)。隨后，硫酯絡(luò)合，發(fā)生插入反應(yīng)，羰基還原。隨后，發(fā)生β消除，產(chǎn)生醛物種，然后氫氣通過(guò)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(jìn)而完成催化循環(huán)。
圖7. 反應(yīng)機(jī)理假設(shè)
總的來(lái)說(shuō)，在本次研究工作中，作者利用Pincer型配體的Ru催化劑，實(shí)現(xiàn)了硫酯的催化氫化。該反應(yīng)最大的特點(diǎn)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
