烷氧羰基化

在化合物中引入烷氧羰基的过程

在化合物中引入烷氧羰基的过程。

简介

马尔科夫尼科夫规则（Markovnikov's Rule，简称“马氏规则”）是描述烯烃亲电加成反应区域选择性的经验规则，即：当发生亲电加成反应时，亲电试剂中的正电基团总是加在取代最少的碳原子上，因为生成的正离子中间体最稳定，所以负电基团则会加在取代最多的碳原子上（Scheme 1a）。后来，末端烯烃的双官能团化产物，支链产物称为“马氏规则产物”，而直链产物称为“反马氏规则产物”。然而，“马氏规则”主要是基于反应中间体的稳定性来推测产物的区域选择性，因此并非所有类型的反应都遵守“马氏规则”。例如，对于金属催化的羰基化反应，除一些特殊的端烯（如联烯、芳基烯烃和醋酸乙烯酯等）外，反应会倾向于生成位阻较小的1°碳-金属中间体，生成“反马氏规则产物”。

最近，德国罗斯托克大学莱布尼茨催化研究所的Matthias Beller教授研究小组，在Nature Chemistry发表了最新研究成果：Pd(II)催化的烷基端烯的烷氧羰基化反应，高选择性地得到“马氏规则”产物-支链羧酸酯。

反应过程

研究小组首先选用1-辛烯和甲醇作为底物,在40bar一氧化碳、PdCl2(1mol%)条件下，尝试筛选单膦配体（双齿配体利于生成支链羰基化产物）来实现反应的区域选择性控制：（1）三芳基膦配体L1-L4中，只有具有邻位位阻效应的L3可以促使反应选择性地得到支链产物（74%收率，选择性73%），而使用商品化的cataCXium配体系列的L16可以以41%的收率，89%的选择性得到支链产物；（2）反应中添加5ul水可以促进氢化钯中间体的生成，使用2.0当量烯烃，可以提高支链选择性至83%，而“马氏规则”产物在支链产物中所占的比例为96%。

在上述最佳条件（1.0mmol醇、2.0当量烯烃、1mol% PdCl2、4 mol%配体L16、 5uL水、2mL甲苯、100 ℃）下，研究小组对底物的适用性进行了拓展。对比与1-辛烯，2-辛烯的反应结果要稍差一些；短链或长链烯烃都能得到与1-辛烯非常类似的结果；反应具有良好的官能团容忍性，多种官能团，如氰基、卤素、酯基等，可以得到71-97%的收率，支链选择性83-87%；苯乙烯参与的反应可以得到82%的收率，>99%的选择性；3-位或4-位取代的取代的端烯，由于位阻效应，反应的支链选择性严重下降。

作为重要的工业原料之一的丙烯、丁烯等的支链烷氧羰基化反应至今效率不高，Beller研究小组利用最上述最佳条件稍做改变（使用一水合对甲苯磺酸作为添加剂），可以高效地从丙烯、1-丁烯、2-丁烯一步得到支链酯类产物，最高可以得到99%收率、89%支链选择性以及7600TON。工业用品Raffinate-1（异丁烯混合物42%，1-丁烯26%，2-丁烯17%，1,3-二丁烯0.3%，丁烷-异丁烷混合物15%）也可以很好的参与反应，收率79%，支链选择性81%。

接下来，研究小组以1-辛烯为底物，考察了醇的适用性。伯醇、仲醇参与的反应一般收率较高，支链选择性普遍在80%以上，其中“马氏规则”产物比例可达99%以上；叔醇参与的反应，收率仅20%但是依然保持着优异的选择性；含有呋喃、噻吩等芳环的伯醇参与的反应，可以得到80%左右的支链选择性；质子性较强的醇，如三氟乙醇，五氟苄醇或苯酚底物参与的反应，支链选择性稍差；4-溴代苄醇参与的反应也可以稳定的得到产物，支链选择性达84%。

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