醇是非常重要的一类有机化合物，例如乙醇，是人类历史上最早被利用的有机物之一。因此可以说，人类的文明史有多久，醇类的利用史就有多久。合成上，醇不仅可以转化为醚、酯、烯烃等一系列常用的大宗有机化工原料，还可转化为更活泼的醛、酮、卤代烃等等在有机合成中被广泛利用，因此醇类在有机合成中占有重要的地位。醇的制备方法多种多样，其中卤代烃的水解是制备醇类化合物的重要方法之一（图1，教科书反应之一），很重要的一点是因为很多芳甲基卤化物可由芳香烃的卤甲基化反应（付克烷基化反应的衍生反应）在工业中方便地大量制备（图2，教科书反应之一）。卤代烃水解反应也被称为水解式脱卤反应，由于天然卤代化合物广泛存在于生物体中，卤代官能团水解也是自然界中非常重要的一个生物化学过程。因此，卤代烃水解在合成和生物化学中都是非常重要的一个官能团转化反应。然而由于水自身的亲核性很弱，卤代烃水解通常需要在强碱性及加热条件下才能实现（图1）。显然，这个经典的方法存在很多缺点，如：需使用大量强碱、设备腐蚀严重、废物多污染环境、原子经济型不高、对碱性敏感的基团不兼容、底物易在强碱条件下发生消除副反应生成烯烃，等等。
图1
教科书中经典的卤甲基化反应：
图2
在前期研究中，徐清教授课题组已经发现，CsOH/DMSO体系不仅可催化的腈的水合反应制备酰胺，反应还存在DMSO参与的O转移过程将DMSO中的O转移到产物酰胺中（图3：Green. Chem., 2014, 16, 2136-2141；DOI:10.1039/C3GC42310G）。因此作者设想，可否利用DMSO具有的O-亲核性、甚至其O转移能力，从而利用DMSO催化或促进卤代烃RX的水解反应。假设反应存在O转移过程，则可利用18O-DMSO等，在产物中检测到18O的醇产物（图4）。
图3
DMSO催化或促进卤代烃水解的设计和猜想：
图4
具体研究发现，H2O/DMSO的共溶剂体系确实可促进卤代烃的水解反应，且反应条件温和、无需碱的参与，因此发展了一种中性、高效、温和绿色的卤代烃水解制备醇类的方法。该方法底物范围广，伯、仲、叔卤代烃等均可以进行、且官能团容忍性较好。同位素追踪实验发现：1）18O-DMSO的18O可以99%的选择性转移到产物醇中（图5）；2）16O-DMSO与18O-H2O的竞争反应中，DMSO的反应速率几乎是水的两倍（图6）。
图5
图6
由上述发现可见（图7）：在RX水解过程中，DMSO作为O-亲核试剂优先与RX完全反应得到烷氧硫离子中间体，然后该中间体进行水解得到完全O转移的醇产物以及O来自于水的DMSO新分子。上述完全O转移的机理也可以合理地解释了反应可在中性、无需碱参与条件下即可进行的原因。此外，H2O/DMSO共溶剂体系中的DMSO可通过常规精馏手段与水分离纯化回收后再利用，因而该方法在工业上具有潜在的应用前景。
图7
应Wiley出版集团ChemSusChem杂志Sustainable Organic Synthesis专刊（Guest Editors: Matthias Beller; Feng Shi; Shannon Stahl）邀请，徐清教授课题组撰写了此文，16级研究生刘海城为论文第一作者。论文投稿后很快被接受，审稿人认为这是一个重要的令人惊奇的研究发现，因此编辑邀请作者为该文设计图画用于专刊封面。作者提交的封面设计（图8），也被编辑称赞是一个beautiful的设计，很快获得接受并最终与论文一起于2019年7月在期刊第12卷第13期发表。该封面也是Sustainable Organic Synthesis专刊四个封面中唯一一个来自中国的封面。
图8
上述工作是徐清教授课题组醇系列研究的一个新发现（Chem. Commun., 2011, 47, 2333；Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 225；Chem. Eur. J., 2016, 22, 6213；Adv. Synth. Catal., 2017, 359, 1649；Green Chem. 2018, 20, 3408等）。该研究得到了国家自然科学基金面上项目（21672163）和浙江省自然科学基金杰青项目（LR14B020002）的资助。与上述工作有关DMSO参与O转移方面的其他研究，徐清教授课题组还在不断进行之中。
原文详见：ChemSusChem, 2019, 12 (13), 2994-2998.
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.201802138
ChemSusChem杂志Sustainable Organic Synthesis专刊链接: https://onlinelibrary.wiley.com/toc/1864564x/2019/12/13
