烯烃的水化反应（一）

烯烃的水化反应是烯烃形式上和水加成形成醇类化合物的反应，是有机合成中的一类重要转化。从区域选择性来看，烯烃的水化反应有两种选择性，即得到马氏选择性的醇（羟基在多取代的碳上）或者反马氏选择性的醇，对于符合马氏选择性的烯烃水化，主要有羟汞化（oxymercuration reaction）还原反应和Mukaiyama水化反应。

一、羟汞化还原反应

羟汞化还原脱汞反应（J. Org. Chem. 1970, 35, 1844-1850.）是教科书中烯烃合成醇的经典反应（见邢其毅《基础有机化学》上册），其过程主要分为两个阶段：烯烃在含水的四氢呋喃溶液中与乙酸汞发生羟汞化；羟汞化产物不经分离，直接加入NaBH4进行还原脱汞得到醇。下载化学加APP，阅读更有效率。

反应通式：

（图片来源：J. Org. Chem. 1970, 35, 1844-1850.）

反应机理：

对于羟汞化过程，其机理公认的分为4步：第一步，乙酸汞发生电离产生乙酰氧基汞正离子；第二步，乙酰氧基汞正离子与烯烃的碳碳双键发生亲电加成生成汞鎓离子；第三步，水作为亲核试剂进攻汞鎓离子；第四步是中间体快速失去质子。最后是还原脱去汞，得到形式水化产物（张文勤，大学化学，2012, 71-75.; J. Am. Chem. Soc. 1966, 88, 993-999.）。

该反应条件温和(一般在室温进行)、速度快(第一阶段只需要几分钟，第二阶段需要1小时)、中间产物不需分离、区域选择性好(马氏选择性)、无重排产物。但由于汞是公认最毒的金属元素，乙酸汞对光敏感且有剧毒，该反应现在应用的较少。

二、Mukaiyama水化反应及其应用

Mukaiyama hydration（译作Mukaiyama水合或Mukaiyama水化）是一种通过催化量双（乙酰丙酮）钴（II）络合物、苯基硅烷或三乙基硅烷和氧气的作用在烯烃上形式加成等当量的水，产生具有马氏选择性的醇。该反应由日本科学家Teruaki Mukaiyama （向山 光昭，就是发现Mukaiyama Aldol的Mukaiyama）开发（Chem. Lett. 1989, 18, 1071-1074.），由于该反应化学选择性专一，官能团耐受性好，反应条件温和，已成为化学合成和药物研发中的一种有价值的经典转化。

反应通式：

（图片来源：Chem. Lett. 1989, 18, 1071-1074.）

反应机理：

最初，Mukaiyama提出反应是通过过氧化钴加合物的中间体进行的。氢硅烷和过氧化钴加合物之间的转金属化反应产生过氧化硅烷基，其在还原时转化为醇，这可能是通过钴催化剂的作用进行的。

（图片来源：Chem. Lett. 1989, 18, 1071-1074.）

后来，Nojima等人对钴催化烯烃过氧化机理的研究支持金属氢化物与烯烃直接反应形成瞬时钴-烷基键的中间体（Org. Lett. 2002, 4, 3595-3598.）。均裂产生一个以碳为中心的自由基，该自由基直接与氧反应，随后被钴(II)物种捕获，形成与Mukaiyama提出的相同的过氧化钴加合物。与氢硅烷的转金属化产生过氧化硅烷产物，进一步还原（通过氧-氧键的均裂）得到产物醇。作者还指出，根据之前的研究，添加叔丁基过氧化氢可以提高反应较慢的底物的速率。这种速率增加可能是由于钴(II)氧化成烷基过氧钴(III)络合物，后者随后参与与氢硅烷的快速转金属化以生成活性钴(III)-氢化物。

（图片来源：Org. Lett. 2002, 4, 3595-3598.）

应用举例：

1，Mukaiyama水化在（±）-garsubellin A的全合成中的应用（J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14200-14201.），如图所示，三取代双键在经典的Mukaiyama水化条件：催化量的Co(acac)2，当量的苯基硅烷，异丙醇作溶剂，氧气气氛下反应，以73%的收率专一的得到马氏选择性水化产物叔醇，底物中的酮羰基、硅醚等官能团都能兼容，手性中心也不会发生消旋化。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14200-14201.）

2，就在近日，兰州大学化学院的厍学功教授课题组完成了五个石松生物碱的集群式合成（Angew. Chem. Int. Ed. 2022，DOI：10.1002/anie.202205439），在合成的后期，多次用到了Mukaiyama水化反应，如下图所示，从复杂化合物19出发，在经典的Mukaiyama水化条件下，以63%的收率得到了马氏选择性的水化产物20，最后还原拿掉内酰胺的羰基就得到了天然产物(+)-fawcettimine。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed. 2022，DOI：10.1002/anie.202205439）

对于烯烃的水化反应，想要得到马氏选择性的醇（羟基在多取代的碳上），主要有羟汞化（oxymercuration reaction）还原反应和Mukaiyama水化反应。目前，Mukaiyama水化反应条件更加温和，操作也更加简便，使用的更为广泛。

那么，如何得到反马氏选择性的醇呢，请看下期：烯烃的水化反应（二）。