碳 - 氮双键的氢化是在氢 - 碳双键上形成二氢（H ₂）元素的形式，形成胺或胺衍生物。

介绍

尽管已经开发了多种用于酮的对映选择性氢化的通用方法，^[2]碳 - 氮双键氢化的方法不太通用。亚胺的氢化由于顺 / 反异构化和互变异构成烯胺而变得复杂，其可以在手性催化剂存在下以低对映选择性氢化。^[3]另外，与氮连接的取代基影响亚胺的反应性和空间性质，这使得用于亚胺氢化的一般催化剂体系的开发变得复杂。尽管存在这些挑战，但已经开发了解决特定衬底类别的方法，例如N -aryl，N- 烷基和内环亚胺。

如在涉及其他官能团的氢化反应中，C = N氢化中的还原剂是氢气或转移氢化还原剂如甲酸。^[4]通过与配位配体（通常为膦或亚磷酸酯）络合的过渡金属催化氢气向基质的输送。如果配体是手性和非外消旋的并且底物是前手性的，则可以产生过量的手性产物的单一对映体。^[5]

机制和立体化学

亚胺氢化的机理取决于所用催化剂体系的性质（更具体地，取决于所用的过渡金属）。

铑催化

铑（I）络合物的催化通过二氢化物物质I进行。该机制开始η ¹的亚胺与过渡金属催化剂的配位。移位至η ²，亚胺π型协调然后发生（II），和两个随后的氢转移步骤通过生成的中间性的协调降低胺III和IV。然后发生胺产物的离解和H _2的氧化加成，制备催化剂以结合另一亚胺分子。^[6]

铱催化

认为铱（III） - 催化的氢化通过一种氢化物种类V进行，其中在任何给定点至多一个氢原子与催化剂结合，并且铱的氧化态总是+3。配位和插入类似于铑（I）催化途径中的相应步骤; 然而，第二个氢通过（可能）异源分裂进入的H ₂分子而不是还原消除来递送。^[7]

钌催化

掺入手性二膦配体的钌（II）催化剂最可能根据上述内球机制起作用，其中亚胺必须与催化剂配位并插入金属 - 氢键中。然而，据信钌（II）/二胺催化剂体系（包括转移氢化体系）通过外球机构起作用，在此期间亚胺不会直接与金属中心相互作用。相反，它以一致的极化方式从Ru-H和NH 接收H ₂的元素。^[8]

范围和限制

因为与亚胺氮连接的取代基对反应性产生深远的影响，所以对于亚胺和亚胺衍生物的对映选择性氢化，几乎没有通用的催化剂体系。然而，已经开发了催化剂体系，其催化具有高对映选择性和产率的特定种类的亚胺的氢化。本节描述了这些系统中的一些，并由亚胺的取代模式组织。

亚胺

使用具有低压氢的预制铱（I）催化剂有效地氢化N-芳基亚胺。尽管对映选择性变化，但各种铱基催化剂体系的转化率非常高。^{[9] [10] [11]}

ñ -烷基亚胺通常更难以降低高对映选择性比ñ -芳基亚胺。大多数以对映选择性还原N-烷基亚胺的催化剂体系基于铑（I）^[12]或钌（II）。^[13]

内环亚胺不并发症，由于遭受SYN / 反异构化; 然而，这并未证明在对映选择性氢化中具有显着优势。3-氢吲哚可以用氢气和铱催化剂还原。^[14]

或者，通过钌（II）/二胺络合物催化从甲酸/三乙胺转移氢化。在某些情况下，对映选择性略低，但反应时间大大减少。

在过渡金属络合物存在下，杂芳族底物可被氢还原。尽管催化剂体系往往是底物特异性的，并且对映选择性通常较低，但是喹啉可以使用几种催化剂体系对映选择性地还原为四氢喹啉。^[15] [16]

亚胺衍生物

电子极化的N-甲苯基亚胺通过钯（II）^[17]和钌（II）^[18]催化剂体系以高对映选择性和产率被还原，尽管在直接和转移氢化条件下催化剂负载倾向于相对较高。

在许多情况下，底物上存在第二配位基团增强了对映选择性。^例如， C-酰基腙以比相应的C-烷基腙更高的对映选择性进行氢化。^[20]

α-羧基亚胺是α-氨基酸的有吸引力的前体。使用Hantzsch酯和手性磷酸催化剂可以有机催化还原这些底物。^[21]

合成应用

异丙甲草胺是在广泛使用的除草剂DUAL MAGNUM活性成分^®。其工业生产中的关键步骤涉及N-芳基亚胺的对映选择性还原。通过使用由[Ir（COD）Cl] ₂，改性的Josiphos配体3和酸和碘化物添加剂组成的专用催化剂体系，以极高的转换数（尽管是中等的对映选择性）实现了这种降低。^[22]

内环亚胺的转移氢化已经应用于四氢异喹啉生物碱的合成，例如cryspine A. ^[23]

与其他方法比较

可以使用化学计量的手性金属氢化物对映选择性地还原亚胺; ^[24]然而，这些方法受到该手性材料的化学计量的量必须采用的缺点。用氢硅烷还原是过渡金属催化氢化的第二种替代方法。^[25]

氨基转移酶可用于通过外消旋体的动力学拆分或前手性酮的还原胺化合成非外消旋形式的手性胺。^[26]对映选择性通常非常高; 然而，优化反应条件可能是费力的。

实验条件和程序

典型条件

亚胺氢化的理想条件取决于底物和催化剂体系的性质。通常，需要更高的氢气压力以实现合理的反应时间; 然而，氢气压力不会明显影响对映选择性。如果活性催化剂就地生成，则应采用Schlenck技术或手套箱。Parr振荡器可用于高达4巴的反应压力，尽管在反应容器中难以实现精确的温度控制。对于更高的氢气压力，需要专门的高压釜设备。

氢与空气形成易燃混合物，在引入基质和催化剂之前，应检查用于氢化的任何装置的泄漏。

示例程序^[27]

向Schlenk管中加入N-苯基（4-甲基苯基）亚乙基胺（39mg，0.20mmol），4分子筛（80mg）和催化剂[Ir（4）（cod）] BARF（3.8mg， 2.0μmol）。然后加入叔丁基甲基醚（1mL），将溶液在室温下搅拌10分钟。将混合物冷却至-10°，使用三次冷冻/解冻循环脱气，然后置于H ₂气球（大气压）下，在-10°搅拌20小时，之后转化完成（GC，见下面）。蒸发溶液，将残余物加到硅胶柱上，用EtOAc /石油醚（1：12v / v）洗脱。得到标题化合物，收率> 99％，为无色油状物：¹1 H NMR（300MHz，CDCl ₃）δ7.39-7.06（m，7H），6.64（t，J = 7.2Hz，1H），6.50（d，J = 7.5Hz，2H），4.48（dd，J = 13.5）和6.6Hz，1H），4.03（bs，1H），1.51（d，J = 6.9Hz，1H）。通过GC使用HP-5柱（T = 100-220°，5°/分钟）测定转化率; 保留时间= 14.77分钟（产品）和15.22分钟（起始材料）。通过HPLC [Chiralcel OD-H柱，己烷/ i-PrOH（98：2），1.0mL /分钟，λ254nm]测定ee为93％; 保留时间= 14.91分钟（S）和19.10分钟（R）。