铑催化环丙基功能化三取代烯烃区域和对映选择性氢甲酰化的机理研究

研究人员针对环丙基功能化三取代烯烃的不对称转化难题，开发了Rh催化体系实现高区域/对映选择性氢甲酰化反应。该研究通过机理阐释为复杂烯烃的精准转化提供了新策略，在药物合成领域具有重要应用价值。

　　

在现代有机合成化学中，如何实现多取代烯烃的精准转化一直是个重大挑战。特别是含有环丙基等张力环结构的复杂烯烃，其转化过程往往面临区域选择性和立体选择性难以控制的问题。这类结构广泛存在于天然产物和药物分子中，开发高效的催化体系实现其定向转化具有重要的科学意义和应用价值。

研究人员针对这一科学难题，系统研究了铑(Rh)催化环丙基功能化三取代烯烃的氢甲酰化(hydroformylation)反应。该工作发表在《The Journal of Organic Chemistry》上，通过详尽的机理研究，成功实现了高区域选择性和高对映选择性的转化。

研究采用的主要技术方法包括：1）氘代标记实验追踪反应路径；2）密度泛函理论(DFT)计算阐明过渡态能量；3）核磁共振(NMR)监测反应中间体；4）X射线单晶衍射确定产物绝对构型。

【反应条件优化】通过系统筛选配体、溶剂和温度等参数，确定最优反应条件为：Rh(acac)(CO)₂/双膦配体体系，在CO/H₂气氛下，甲苯溶剂中60°C反应。

【区域选择性控制】研究发现环丙基的立体电子效应显著影响反应区域选择性，通过DFT计算证实产物主要生成在烯烃取代较少的碳原子上，区域选择性最高可达>20:1。

【对映选择性诱导】手性双膦配体如(R)-BINAP能有效诱导对映选择性，ee值最高达95%。晶体结构分析表明产物绝对构型为S型。

【机理阐释】氘代实验和动力学研究表明，反应经历经典的烯烃插入Rh-H键形成烷基中间体，随后CO插入和H₂解离的过程。环丙基的刚性结构通过空间位阻效应稳定了关键过渡态。

该研究不仅为环丙基功能化烯烃的精准转化提供了高效方法，更重要的是通过详尽的机理研究，揭示了配体结构、底物构型和选择性之间的内在关系。所得手性醛类化合物是合成多种生物活性分子（如抗炎药和抗病毒药物）的重要中间体。这项工作为设计新型不对称催化体系提供了重要参考，推动了有机金属化学和不对称合成领域的发展。