Reduction of activated alkenes by P(III)/P(V) redox cycling catalysis

α,β-不饱和羰基化合物的选择性氢化是一类重要的反应。在自然界中，烯醇还原酶可以选择性地将α,β-不饱和化合物的C-C双键还原，这一反应在脂肪酸的生物合成中扮演着重要的角色。在有机合成中，这类反应通常需要过渡金属参与或者需要当量的金属氢试剂。无过渡金属参与的有机催化体系可以避免纯化分离上的问题，并且有利于新的反应途径的发展。因此，在最近几年里，化学工作者发展了许多有机催化体系来实现无金属参与的还原反应。不饱和羰基化合物可以采用路易斯碱性加成，随后水解的方法来进行还原，在这方面，烷基磷或者氮杂环卡宾化合物具有良好的活性及化学选择性。然而，这些反应仍旧需要当量的昂贵且活泼的试剂。最近，德国莱布尼茨催化研究所Thomas Werner课题组设想采用“磷氧化还原循环”策略实现了无金属催化的还原反应。其中，活性磷试剂可以由还原剂再生，从而可以实现催化反应。值得注意的是，这一策略也被用于α-酮酸酯、硝基芳基、磺酰氯的脱氧反应及催化Staudinger反应中。

首先，作者采用富马酸二乙酯1a为模板底物进行条件优化（Table 1）。通过对催化剂、催化剂当量、溶剂、添加剂等反应条件的优化，作者确定了反应的最优反应条件为：3a为催化剂、苯基硅烷为氢源、H₂O为质子源、甲苯为溶剂，底物于80 ℃下反应24 h，最终以>99%的收率得到目标产物。

确定最优反应条件后，作者随后对反应的底物范围进行了扩展（Scheme 2）。许多马来酸酯或富马酸酯均能以良好的收率得到目标产物。非活化的端烯在反应中保持惰性，进一步说明了反应对于活化烯烃具有选择性。另外，三取代的活化烯烃也能参与到反应中。其他吸电基团，如羰基、酰胺等也能很好地活化烯烃得到相应产物。芳基氯、芳基碘、氰基及硝基等官能团均能兼容反应条件。对于单取代的活化烯烃（如肉桂酸酯），收率却较低。有趣的是，丙烯酸酯类底物能以中等到良好的收率得到目标产物。另外，炔烃也能以高收率被还原为相应烷烃。作者随后采用更加廉价的聚甲基氢硅氧烷对反应中的硅源进行进一步优化，反应最终也能以99%的收率得到产物。

最后，作者对反应的机理进行了探索（Scheme 4）。反应机理具体可以分为四步：氧化膦还原、迈克尔加成、叶立德形成和水解。作者首先通过原位核磁确定了三价膦的存在，随后通过氘代实验推测反应中的氢均来自于水。最后，作者提出了反应的催化循环：首先，硅烷还原氧膦为三价膦；然后，三价膦对活化烯烃进行可逆的迈克尔加成；随后，通过质子化/去质子化过程产生叶立德中间体；最后，叶立德中间体被水解生成产物。

小结：Thomas Werner课题组发展了有机催化体系实现了活化烯烃的还原反应，并通过后期机理实验验证了“磷氧化还原循环”策略。反应的反应官能团耐受性高，这种策略对于一些当量反应有着很好的启发作用。