背景介绍
1,2,3,4-四氢喹啉是一种重要的结构单元，广泛存在于天然产物与药物分子中。制备四氢喹啉最直接、最高效、原子经济性最高的方法是以氢气为氢源的喹啉直接催化氢化。相比于传统的贵金属催化剂，丰产金属催化剂具有廉价易得、生物兼容性好等优点，因而近年来受到广泛关注。本课题组以丰产金属锰为核心，设计并制备了一种新型锰配合物，首次实现了大位阻的α-三取代乙酸酯在室温下的氢化。本文将上述催化体系拓展至喹啉氢化，实现了四氢喹啉及其衍生物在室温下的合成，展现出优异的反应活性与广泛的底物适用范围，在药物合成与储氢等领域具有潜在的应用价值。
文章亮点
1.设计、制备了具有高催化活性的结构明确的锰配合物，并通过核磁共振波谱、红外光谱、高分辨质谱、X射线单晶衍射等分析手段详细表征锰催化剂的结构；
2.实现了室温下喹啉的直接氢化，定量地转化为1,2,3,4-四氢喹啉，具有反应高效、条件温和、原子经济性高等优点。
3.本文的锰催化氢化体系具有良好的官能团兼容性，多种取代形式不同、取代基不同的喹啉衍生物均可以高效地被氢化为相应的四氢喹啉衍生物。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 NNP钳形配体的制备
合成路线见图1。将0.24 g（1.0 mmol）3-(二苯基膦)丙-1-胺与0.15 g（1.0 mmol）1H-苯并[d]咪唑-2-甲醛溶于20 mL甲醇中，室温反应24 h后加入76.0 mg（2.0 mmol）硼氢化钠，室温反应12 h后加水和二氯甲烷淬灭反应。水相用二氯甲烷萃取3次，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤，滤液通过减压蒸馏除去溶剂。残余物通过在硅胶上柱层析（V(二氯甲烷)：V(甲醇) = 20：1）得0.11 g黄色油状液体N-((1H-苯并[d]咪唑-2-基)甲基)-3-(二苯基膦)丙-1-胺（1），产率30%。
1.2.2 NNP钳形锰配合物的制备
1.2.3 目标化合物1,2,3,4-四氢喹啉的合成
合成路线见图3。在氩气手套箱中，依次将0.25 mmol喹啉3a~3k、3.0 mg（0.0050 mmol）锰配合物2、4.8 mg（0.050 mmol）叔丁醇钠、0.1 mL四氢呋喃（THF）加入有磁力搅拌子的4 mL玻璃小瓶中，盖上插有注射器针头的瓶盖后放入合金托盘中。将托盘放入高压反应釜中，反应釜密封并从手套箱中拿出。反应釜用氢气清洗3次后充入3 Mpa氢气，在室温下反应16 h。反应完成后将反应釜内高压气体排出，打开反应釜，取出小瓶。减压蒸馏除去溶剂，残余物通过在硅胶上柱层析（V(石油醚)：V(乙酸乙酯) = 5：1）得目标化合物1,2,3,4-四氢喹啉（4a~4k）。
1.2.4 表征与测试方法
2 结果与讨论
2.1 NNP型钳形锰配合物的结构表征
2.2 反应条件的优化
2.3 底物拓展
通过反应条件优化，最优反应条件被确定为：2 mol%锰配合物2为催化剂，20 mol%叔丁醇钠为催化剂活化试剂，四氢呋喃为溶剂（原料3a的浓度为2.5 mol/L），3MPa氢气为氢源。
在最优反应条件下，对底物进行拓展。如表6所示，当喹啉的2-、3-、5-、6-、8-位被甲基取代后，仍然均能在室温下以不低于80%的分离产率得到相应的甲基取代的四氢喹啉。
此外，含有其它取代基的喹啉底物，例如6-位被异丙基、甲氧基以及卤素原子（氯、溴、碘）等取代的喹啉，也可以高效地被氢化，产率不小于90%。以上实验验证了该反应具有较好的官能团兼容性。
3 结论与展望
本文报道了一种新型NNP钳形锰配合物的制备，该配合物具有极高的催化氢化活性，可以在室温下高效地催化喹啉的氢化。该反应具有条件温和、底物适用性广、原子经济性高等优点，在精细化工、药物合成、天然分子合成与转化等领域具有潜在的应用价值。此外，基于该催化体系，有望实现室温下的高效液态储氢系统的构建。
通讯作者介绍
刘强
个人简介
清华大学化学系副系主任，2003年进入武汉大学化学与分子科学学院学习，2007年获学士学位，2012年获得博士学位 (导师：雷爱文教授)，随后赴德国莱布尼兹催化研究所从事博士后研究（导师：Matthias Beller教授）。2015年7月入职清华大学化学系。作为通讯作者在 Nature (1), Nat. Chem. (2), Nat. Synth. (1), Chem (3), Chem. Rev. (1), J. Am. Chem. Soc. (11), Angew. Chem. Int. Ed. (8) 以及CCS. Chem.（2）等期刊发表论文50余篇。2015年入选国家高层次人才青年项目，2018年获得国家自然科学基金委优秀青年基金，2022年获得国家自然科学基金委杰出青年基金。2024年荣获霍英东教育基金会高等院校青年科技奖二等奖。
主要研究方向
金属有机与催化合成化学
近五年代表作
1. H Yang, S Liu, H Dong, H Huang, Y Wang*, W Hao*, Y Lan*, Q Liu*. Amplifying the Reactivity of Anionic Mn(I)–H Catalysts via the Cation Effect: Mechanistic Investigation and Application to the Hydrogenation of α-Trisubstituted Carboxylic Esters. J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 13491-13501.
2. B Liu, Q Lu, X X Hu, D Li, Z X, Lu*, Y Fu*, Q Liu*. Regiodivergent Hydroamidation of Alkenes via Cobalt-Hydride Catalysis. J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 13983-13992.
3. M Wang, S Liu, H Liu, Y Wang, Y Lan*, Q Liu*. Asymmetric hydrogenation of ketimines with minimally different alkyl groups. Nature, 2024, 631, 556-562.
4. S Liu, H Yang, Y wang, Q Zhao, Y. Wang*, Q Liu*, Y Lan*. Enhancing Hydride Transfer in Catalytic Hydrogenation via σ-Electron-Induced Polarization of Imines. J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 16357-16362.
5. Z Li, B Liu, C Y Yao, G W Gao, J Y Zhang, Y Z Tong, J X Zhou, H K Sun, Q Liu*, X Lu*, Y Fu*. Ligand-Controlled Cobalt-Catalyzed Regio-, Enantio-, and Diastereoselective Oxyheterocyclic Alkene Hydroalkylation. J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 3405-3415.
