催化加氢反应作为合成饱和或部分还原环状化合物的高效方法，因其操作简单且具有原子经济性而备受关注。然而，芳香杂环与碳环在共轭体系中的相似性使得选择性加氢面临挑战，尤其是在苯并杂环体系（如喹啉、异喹啉和喹喔啉）中，传统催化体系常优先还原杂环部分，形成1,2,3,4-四氢化产物。近年来，随着含有饱和碳环结构（如5,6,7,8-四氢喹啉）的生物活性分子及药物的广泛应用，（图1b）人们对碳环选择性加氢的需求愈发迫切。
然而，现有催化体系对碳环的选择性还原能力仍显不足，特别是在控制立体选择性方面。（图1a）以钌为催化中心的体系虽展示出一定潜力，但其底物范围有限，且反应机理尚未完全明晰。本研究通过引入一种新型手性磷配体（SKP），实现了对多种融合杂环分子的高效碳环选择性加氢，填补了该领域的技术空白。（图1d）
图片来源：JACS
本研究开发了一种高效的催化体系，能够在温和条件下对苯并杂环化合物的碳环部分实现选择性加氢，同时探索其立体化学控制机制。研究采用新型手性磷配体（SKP）与钌催化剂的协同作用，成功设计出一种均相催化体系。
实验中，研究者以喹啉为模型化合物，优化了催化剂与反应条件，包括温度、压力、溶剂及碱添加剂等，系统地考察了催化剂的配体结构对反应选择性的影响。通过核磁共振（NMR）和密度泛函理论（DFT）计算，进一步揭示了反应机理中关键中间体和过渡态的特性。
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这一新型催化体系在选择性和反应效率上表现出显著优势，反应条件温和，化学选择性（碳环选择性）高达>99:1。此外，催化剂展现出良好的底物兼容性，对含有氨基或硼基功能化的喹啉和异喹啉也能实现高效加氢。对于手性碳环加氢反应，产物的对映体选择性（ee值）可达94:6，远超现有文献报道。更重要的是，研究所生成的5,6,7,8-四氢化喹啉类化合物是一类重要的中间体，广泛应用于药物研发及精细化工合成。此外，实验还展示了催化剂的高效性，在极低催化剂负载量（0.01 mol%）下仍可获得优异的转化率，体现了其在工业化应用中的潜力。
标题：Ruthenium-Catalyzed Carbocycle-Selective Hydrogenation of Fused Heteroarenes
作者：Chenguang Luo, Chaozheng Wu, Xiaoming Wang, Zhaobin Han,* Zheng Wang,* and Kuiling Ding*
链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c05365
