2+2=?，《Science》报道环加成反应催化剂重大突破

数学上的歌德巴赫猜想“1+1”闻名遐迩，在有机合成中也有一些类似的难题。烯烃环加成反应在有机合成中非常常见，著名的Diels-Alder [4π+2π]环加成反应就是由二烯（4π）和烯烃（2π）在热条件下形成六元环。然而，另一种看似更简单的[2π+2π]烯烃环加成形成环丁烷环的反应，就没这么容易了。由于轨道对称性的限制，这种反应往往需要光化学反应条件来激活，但这种反应途径往往效率低、特异性差，尤其是当所需光源的波长在紫外区域时。通过加热进行的[2+2]环加成比较少见，局限于一些特殊的烯烃原料，适用范围很窄。

最近《Science》刊登了来自美国普林斯顿大学的Paul J. Chirik实验室的文章，报告了一种利用铁催化剂在温和的加热条件下将简单的原料烯烃转化成环丁烷结构的新方法。

图片来源：Princeton University

这种新方法为在加热条件下进行这个表面上看似简单而实际上非常具有挑战性的［2+2］反应带来了前所未有的适用范围。这种方法成功的关键是使用了基于一组结构可调的二亚胺吡啶（PDI）配体的铁催化剂。这些配体结合到金属上后，不仅能够控制此反应中心的立体环境，还能够通过π框架调节金属本身的氧化态。

在实验中，使用5 mol％的此类催化剂，该团队能够在室温下使一系列的末端烯烃发生二聚化反应。商品烯烃如丙烯可以有选择性地转化为1,2-反式取代的环丁烷，其机理可能与金属杂环中间体有关。值得注意的是，几乎所有用这种方法产生的环丁烷结构化合物，在之前都无法直接通过烯烃的［2+2］环加成反应制备。

图片来源：Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aac7440

由于天然气衍生资源工艺的发展，作为原料的烯烃和二烯烃将更加丰富，使得这种新方法必将在低成本合成工业上更有用武之地。另外通过手性配体的模块化PDI框架，也使该方法具有设计不对称环丁烷产品的潜力。

在同一期的《Science》杂志上，另一个合成大牛Phil S. Baran等专门为此文撰写了评论文章，盛赞了这种具有重大影响的突破性合成技术。他说：“这项令人兴奋的发现无疑将为利用商售烯烃等原料进行［2+2］加成反应提供非常灵活而可靠的催化平台。”

1. http://www.sciencemag.org/content/349/6251/960

2. http://www.sciencemag.org/content/349/6251/925.summary