在化合物中引入烷氧羰基的過程。
通過篩選配體發現了烯烴的“馬氏規則”選擇性烷氧羰基化反應，多種烯烴和醇在Pd(II)/CO條件下，可以以20-99%的收率得到不同的酯類產物，支鏈選擇性可高達91%。通過計算研究發現，該反應的良好選擇性得益於相對穩定的2 °碳-鈀中間體，CO與有機鈀中間體的絡合與插入是決定反應區域選擇性的關鍵步驟。
基本介紹
- 中文名：烷氧羰基化
- 含義：引入烷氧羰基的過程。
- 舉例：Pd(II)催化的烷基端烯烷氧羰基化
- 關鍵步驟：CO與有機鈀中間體的絡合與插入
- 領域：有機合成
簡介,反應過程,
簡介
馬爾科夫尼科夫規則（Markovnikov's Rule，簡稱“馬氏規則”）是描述烯烴親電加成反應區域選擇性的經驗規則，即：當發生親電加成反應時，親電試劑中的正電基團總是加在取代最少的碳原子上，因為生成的正離子中間體最穩定，所以負電基團則會加在取代最多的碳原子上（Scheme 1a）。後來，末端烯烴的雙官能團化產物，支鏈產物稱為“馬氏規則產物”，而直鏈產物稱為“反馬氏規則產物”。然而，“馬氏規則”主要是基於反應中間體的穩定性來推測產物的區域選擇性，因此並非所有類型的反應都遵守“馬氏規則”。例如，對於金屬催化的羰基化反應，除一些特殊的端烯（如聯烯、芳基烯烴和醋酸乙烯酯等）外，反應會傾向於生成位阻較小的1°碳-金屬中間體，生成“反馬氏規則產物”。
最近，德國羅斯托克大學萊布尼茨催化研究所的Matthias Beller教授研究小組，在Nature Chemistry發表了最新研究成果：Pd(II)催化的烷基端烯的烷氧羰基化反應，高選擇性地得到“馬氏規則”產物-支鏈羧酸酯。
反應過程
研究小組首先選用1-辛烯和甲醇作為底物,在40bar一氧化碳、PdCl2(1mol%)條件下，嘗試篩選單膦配體（雙齒配體利於生成支鏈羰基化產物）來實現反應的區域選擇性控制：（1）三芳基膦配體L1-L4中，只有具有鄰位位阻效應的L3可以促使反應選擇性地得到支鏈產物（74%收率，選擇性73%），而使用商品化的cataCXium配體系列的L16可以以41%的收率，89%的選擇性得到支鏈產物；（2）反應中添加5ul水可以促進氫化鈀中間體的生成，使用2.0當量烯烴，可以提高支鏈選擇性至83%，而“馬氏規則”產物在支鏈產物中所占的比例為96%。
Pd(II)催化的烷基端烯的烷氧羰基化反應在上述最佳條件（1.0mmol醇、2.0當量烯烴、1mol% PdCl2、4 mol%配體L16、 5uL水、2mL甲苯、100 ℃）下，研究小組對底物的適用性進行了拓展。對比與1-辛烯，2-辛烯的反應結果要稍差一些；短鏈或長鏈烯烴都能得到與1-辛烯非常類似的結果；反應具有良好的官能團容忍性，多種官能團，如氰基、鹵素、酯基等，可以得到71-97%的收率，支鏈選擇性83-87%；苯乙烯參與的反應可以得到82%的收率，>99%的選擇性；3-位或4-位取代的取代的端烯，由於位阻效應，反應的支鏈選擇性嚴重下降。
作為重要的工業原料之一的丙烯、丁烯等的支鏈烷氧羰基化反應至今效率不高，Beller研究小組利用最上述最佳條件稍做改變（使用一水合對甲苯磺酸作為添加劑），可以高效地從丙烯、1-丁烯、2-丁烯一步得到支鏈酯類產物，最高可以得到99%收率、89%支鏈選擇性以及7600TON。工業用品Raffinate-1（異丁烯混合物42%，1-丁烯26%，2-丁烯17%，1,3-二丁烯0.3%，丁烷-異丁烷混合物15%）也可以很好的參與反應，收率79%，支鏈選擇性81%。
接下來，研究小組以1-辛烯為底物，考察了醇的適用性。伯醇、仲醇參與的反應一般收率較高，支鏈選擇性普遍在80%以上，其中“馬氏規則”產物比例可達99%以上；叔醇參與的反應，收率僅20%但是依然保持著優異的選擇性；含有呋喃、噻吩等芳環的伯醇參與的反應，可以得到80%左右的支鏈選擇性；質子性較強的醇，如三氟乙醇，五氟苄醇或苯酚底物參與的反應，支鏈選擇性稍差；4-溴代苄醇參與的反應也可以穩定的得到產物，支鏈選擇性達84%。
各反應中間體自由能及轉化能壘示意圖