第三节 催化转移氢化反应
某些化合物在催化剂存在下成为氢的给予体,定量地释放出氢,并作为氢源进行催化氢化,这类反应称为催化转移氢化反应(Catalytic transfer hydrogenation)。
该类反应的特点是在催化剂存在下,氢源大多是有机物分子而非气态氢进行的还原反应。一般常用的氢的给予体是环己烯、环己二烯、四氢萘、α-蒎烯、乙醇、异丙醇、环己醇、甲酸、肼以及NaH2PO2等。
催化转移氢化反应应用较广,很多官能团可以被还原。例如烯键、炔键、羰基、氰基、硝基化合物、亚胺、羟胺、腙、偶氮化合物等,也可以使苄基、烯丙基以及碳-卤键发生氢解,例如医药、农药中间体邻甲苯胺的合成。
又如如下脱苄基反应:
催化转移氢化的特点是反应条件比较温和;操作简单,无需特殊设备;具有较高的选择性。但催化转移氢化也有一定的局限性,例如有些氢的给予体价格较高;催化氢化活性较低;反应体系中增加了氢给予体脱氢后的副产物,有时会对产物的提纯带来不便等。
催化转移氢化反应与多种因素有关,例如氢给予体的性质、反应底物的性质、催化剂的类型、溶剂、反应温度、介质的酸碱性等。
氢给予体是在一定的条件下放出氢的一类化合物。氢给予体是一类氧化势很低的有机化合物,在温和的条件下可以进行氢的转移。有时也可以使用无机物肼、NaH2PO2等,表2-4列出了一些常用的催化转移氢化的氢给予体。
表2-4 一些常用的氢给予体
环己烯是一种较适用的氢给予体,具有较高的反应活性,而且价格较低。例如选择性胃肠道钙离子拮抗剂,用于治疗肠易激综合征药物匹维溴铵(Pinaverium bromide)中间体二氢诺卜醇(53)[96]的合成如下。
环己烯的缺点是反应温度有限,因而往往反应速度较慢。萘满、四氢萘、单萜、1,8-萜二烯、肼、甲酸等也是较常用的氢给予体。甲酸在催化剂存在下可以放出氢。
这些氢给予体反应活性不同,可以根据反应底物选用不同的氢给予体。还原羰基时,可以选用醇作为氢给予体,萜类化合物中,增加萜烯的不饱和性,其还原活性会增大。
催化转移氢化的催化剂一般为过渡金属或其化合物。例如钯黑、钯-炭、钯-氧化铝、镍-硅藻土、Ru(PPh3)3Cl2、IrHCl2(Me2SO)、IrBr(CO)(PPh3)3、RhCl(PPh3)3、PtCl2(Ph3As)-SnCl2·H2O等。其中钯、镍催化剂应用较多。
分子中含有α,β-不饱和羰基基团和孤立双键时,用Pd-C催化剂和甲酸铵进行转移氢化反应,双键更容易被还原,羰基不被还原,反应的选择性很高。例如化合物(54)的合成:
催化转移氢化与以氢气为氢源的还原十分相似,只是氢的来源不同。
肼在钯、铂或Raney-Ni存在下分解为氢、氮、氨,条件不同,放出的氢气量也不同。
这类反应由于不需要加氢设备、操作简便、使用安全,因而在应用上得到迅速发展。例如心脏病治疗药盐酸艾司洛尔(Esmolol hydrochloride)中间体3-对羟基苯丙酸的合成[97]。
如下反应在Pd-C催化剂存在下,使用NaH2PO2作氢供体,生成镇痛药苯噻啶的中间体(55)[98]。
影响催化转移氢化的因素很多。除了氢给予体的性质外,还与氢接受体的性质、催化剂本身的性质、溶剂、反应温度等有关。使用该方法时,应充分考虑到这些因素。