中科院青促会 郑超

（中科院上海有机化学研究所）

评述论文：Anti-Markovnikov alcohols via epoxide hydrogenation through cooperative catalysis (Science 24 May, 2019, vol 364, issue 6442)

在本科基础有机化学课程中，学生最早接触到的预测反应选择性的经验规律当属有关烯烃亲电加成反应的“马氏规则（Markovnikov role）”。俄国化学家弗拉基米尔•马尔科夫尼科夫（Vladimir Markovnikov）于1869年发现：在非对称烯烃的亲电加成反应中，电正性的基团总是倾向于加成到取代基较少的一侧。根据马氏规则，烯烃与水的加成反应（水化反应）一般主要得到仲醇产物（Secondary alcohol）（图1）。相反，在有机合成中非常重要的伯醇（Primary alcohol）则较难通过烯烃的直接“反马氏（anti-Markovnikov）”水化反应得到。

图1. 俄国化学家马尔科夫尼科夫（图片源自网络）和烯烃的马氏水化反应（反应式摘自Dong, et al. Science 2011, 333, 1609-1612）

在实际应用中，从烯烃出发制备反马氏醇主要是通过硼氢化-氧化反应实现。该反应虽然高效可靠，但需要使用化学计量的硼试剂和双氧水，存在一定的安全性和原子经济性问题。2011年，加州理工学院Robert Grubbs教授团队报道了一种三组分催化体系，利用串联氧化/水解/还原反应实现了苯乙烯类化合物的反马氏水化反应。2017年，武汉大学雷爱文教授团队利用可见光催化，通过自由基阳离子途径实现了苯乙烯类化合物的反马氏水化反应。此外，加州理工学院Frances Arnold教授团队利用人工金属酶为催化剂也能完成类似的反应。然而，上述反应均存在一些不足，如适用底物类型有限、催化体系复杂等。因此，发展新型高效的烯烃反马氏水化反应仍然具有极高的学术价值和广泛的应用前景。

在本期《科学》杂志中美国哥伦比亚大学Jack Norton教授团队和德国波恩大学Andreas Gansäuer教授团队合作报道了一种催化合成反马氏醇类化合物的新方法。区别于传统的从烯烃出发的合成路线，研究人员改用易于从烯烃制备的环氧乙烷为起始原料。在两种过渡金属催化剂（双环戊二烯基钛盐和三羰基环戊二烯基铬盐）的存在下，以氢气为氢源，可以对取代的环氧乙烷进行区域选择性氢解，得到反马氏醇类产物（图2）。研究人员发现，巧妙利用两种过渡金属催化剂不同的氧化还原性能，使之发挥协同催化作用是该反应成功的关键。钛催化剂1首先作为路易斯酸活化环氧乙烷并发生单电子转移生成β-金属氧自由基物种2。同时铬催化剂分解氢气生成铬氢物种3。2从3中攫取一个氢原子生成烷氧基钛物种5。随后5与另一分子3发生形式上的质子耦合电子转移，得到反马氏醇类产物6。该反应具有反马氏选择性高、原子经济性好和底物普适性广等特点。非对称取代的环氧乙烷均能专一性地转化为反马氏醇类产物。一些在氢气氛围下较为敏感的官能团，如硅醚、卤素以及羰基均能在该反应条件下保留。

图2. 利用环氧乙烷进行区域选择性氢解合成反马氏醇

虽然本文报道的反应并不能取代硼氢化-氧化等现有方法，但是这一突破规则的催化反应无疑为反马氏醇类的高效合成提供的新的思路。