催化转移氢化在研究生有机合成实验教学中的应用
楚 勇
复旦大学药学院，药物化学系，上海，201203
【摘 要】培养合格的高素质创新人才是研究生教育的目标和要求。为培养研究生创新能力和科研兴趣，结合研究生教学特点，在我院针对研究生开设的《高等有机合成实验》教学中引入催化转移氢化（CTH）反应。设计的多步教学内容将前沿技术与基础实验教学有机结合，体现了连续合成实验和选择性反应的特点，既能激励学生理论联系实际，强化自主学习能力，有利于学生创新思维的形成和实验技能的提高，又避免了学生实验使用氢气的危险。多年实践已取得了良好的教学效果。
【关键词】催化转移氢化；研究生实验教学；有机合成
【基金项目】2019年度上海市科委“科技创新行动计划”生物医药领域科技支撑项目“抗白血病靶向糖原合成酶激酶3β非ATP结合区的共价抑制剂的成药性研究”（19431900600）。
【作者简介】楚勇（1972-），男，四川省达州市人，博士，复旦大学药学院副教授，硕士生导师，主要从事药物化学研究。
【中图分类号】O6-33 【文献标识码】A
1. 前言
培养研究生除了注重提高其实践能力外，更应该激发其科研兴趣，培养独立的探索精神，以满足国家对高素质创新人才的要求。对于化学、药学等相关专业研究生而言，有机合成实验教学是达成此目标的重要手段，其中教学内容的选择和设计就显得尤为关键。
大学本科阶段的实验多为基础理论的验证性实验，操作简单，结果固定，不利于调动学生主观能动性和培养创新思维。因此对于研究生的训练，应该挑选具有多种反应机制的多选择性反应，以促使学生思考不同实验操作对反应进程和实验结果的影响，加深对反应机制的理解。同时，设计基于目标合成的连续实验，由于后续实验的原料来源于前一步实验的产品，故能更好地激发学生兴趣，促使其更积极地思考、检验发现的新问题和新现象，从而可能提出更优的解决思路和方案，逐步培养起创新思维。
同时，研究生教学还应该尽量体现新知识新技能的应用。在教学中引入新的前沿研究成果，不仅可以更加紧密地联系学生实践，满足其课题研究的需要；对于出现的新现象、新结果，教师也能够更深入地与学生一齐探讨，引导其查阅资料，探求原因，从而更有效地激发学生的自主学习热情，提升科研能力。
但是，囿于化学反应特点，有机合成反应通常耗时很长，实验学时却十分有限，因此在上述教学原则指导下，教学内容的具体设计就极为关键。既要让学生在有限的时间内完成教学任务，又要使实验内容和结果具有一定的灵活性和可控性，以达到激发思考、训练思维的目的。同时，实验操作还应具有一定的普适性和难度，以利于提升学生实际操作技能，为其学位论文科研工作奠定基础。
氢化还原是有机合成中的重要反应，也是研究生必须掌握的基本技能。氢气是常用的还原试剂，但缺乏选择性，对极性和非极性不饱和键都能还原，对于拓展学生对反应选择性的思维训练尤显不足；同时氢气具有相当的危险性，需在特种场地使用，不便于学生实验的开展。
催化转移氢化(Catalytic Transfer Hydrogenation，CTH)是近年来迅速发展的一种新的氢化方法。它不使用氢气而是采用有机化合物作为氢源，可在金属催化剂作用下进行氢化还原[1-3]，甚至可在水相中反应[4, 5]，应用越来越广泛。CTH反应可以实现对多种不饱和键的选择性还原，对于加深学生对反应选择性的理解十分有益，同时避免了使用氢气导致的安全问题。因此，在我院研究生选修课《高等有机合成实验》教学中，我们引入CTH反应，并设计了综合性的连续合成实验，以培养学生的创新思维能力，取得了较好效果。
2．教学设计
2.1 氢化体系选择
CTH反应常用供氢体包括醇类（如甲醇、乙醇、异丙醇等）、烃类（如四氢吡咯、四氢化萘、环己二烯、环己烯等）、甲酸及其盐类（HCOOH/NEt3(TEAF)共沸物、甲酸铵）[6-9],肼（如水合肼、甲基肼等）；常用的金属催化剂包括Pd/C、Ni、Au、Ru、Ir等[10-13]；能够选择性还原碳碳双键和叁键，以及含硫、氮、氧的不饱和键，如硝基和芳香基等[14]。异丙醇是应用最为广泛的有机氢源，对上述不饱和键的还原性较好，但选择性稍差[15]。而Pd/C-甲酸铵体系能更好地选择性还原α,β-不饱和酮的共轭双键[16]，且较少影响羰基[17]。
2.2 教学目标
采用低毒廉价操作方便的甲酸铵作为供氢体，在Pd/C催化下, 选择性还原α,β-不饱和酮的碳碳双键。促使学生思考、理解CTH选择性还原的反应机制和产物控制策略，掌握有机金属催化剂Pd/C的使用方法和无氧加热、柱层析分离等有机合成基本技能。
2.3 实验试剂与仪器
主要试剂：重蒸苯甲醛、丙酮、氢氧化钠、1M盐酸、二氯甲烷、甲醇、甲酸铵、Pd/C（10%）、层析硅胶（400目）。
主要仪器：磁力搅拌器、滴液漏斗、分液漏斗、回流冷凝管、双排管、单颈烧瓶、双颈烧瓶、气球、翻口胶塞、层
