虽然炔基硅烷广泛应用于合成，特别是构建更复杂的炔基，例如炔基聚芳烃材料，但用理想的正交反应空间识别类似的强健官能团将极大地扩大功能化炔烃的模数性和范围。在此，作者公开了一种高效、温和和模块化的炔基锗的芳基化反应，该反应由蓝光辅助的金催化实现，并允许在室温下在炔基硅烷、芳基卤化物、芳基Bpin和各种其他官能团上在2小时内化学选择性地芳基化炔基锗部分。相反，对于典型的炔基硅烷去保护和Sonogashira交叉偶联条件，炔基锗被证明是唯一稳定的，这突出了它的正交反应空间和作为互补的强健的炔柄的显著潜力。
炔烃是许多药物、天然产物和有机材料中的关键成分，在从点击和生物正交化学到有机合成的各种应用中也具有重要的功能。将炔烃直接催化安装到有机分子中，特别是通过芳基卤化物与末端炔烃的Sonogashira交叉偶联，是引入炔基部分的最广泛的合成策略。还开发了与基于有机金属的乙炔化合物(如Li/Mg−炔烃)或炔基锡烷、硅烷和硼酸/酯的替代催化偶联反应。然而，这些替代品在某些应用中可能会受到这些试剂固有的不稳定性和/或毒性的影响，特别是在材料背景下和模块化合成中，理想的情况是涉及坚固的预官能化构建块。事实上，在分子线、树枝状大分子、聚合物以及光伏(图1)中具有关键意义的芳基化炔，主要是通过顺序的Sonogashira偶联合成的，这种偶联策略地利用炔基硅烷及其固有的稳定性特征来保护(和解放)末端炔位。因此，为例如潜在地改善光伏性能(在不同的芳香族单元上可能改变取代)而设计的每个新分子都将依赖于Sonogashira偶联的固有范围，并且需要完全重复偶联序列。显然，如果能够确定另一个官能团，该官能团结合了类似的稳定性特征和理想的硅烷的正交反应性，那么这可能实现以较少的总体合成步骤更模块化、更通用和更快速地获得此类多芳烃。事实上，新光伏的发现还取决于它们的可合成性，这可以通过模块化策略极大地简化和加速。
作为作者在有机锗化学领域正在进行的计划的一部分，作者以前探索了三烷基有机锗作为完全正交偶联伙伴的潜力。与以前的文献不同的是，与更成熟的偶联伙伴相比，[Ge]位是那些反应性最低的位。作者可以在存在硼酸酯/酸、硅烷和卤化物的情况下建立[Ge]的正交和优先官能化。鉴于模块化合成多芳香族炔烃方法的实现潜力，作者质疑烷基三烷基锗是否允许完成这一挑战。文献中有关炔基-[Ge]反应性的先例依赖于使用TBAF.的钯催化的炔基大分子的芳基化反应。虽然Germatranes表现出很强的稳定性，但对TBAF以及Pd催化的要求排除了任何模块化的可能性，因为TBAF会使硅烷失去保护，而硼酸/酯以及芳基卤化物在Pd0/L偶合体系下会发生反应。对于芳基三烷基锗，也就是Et3GeAr，作者以前证明了这些试剂不参与LPdII(Ar)(X)中间体的转金属反应，因此提供一个正交反应空间。然而，目前的三烷基有机锗的C−C成键体系仅由Csp2−Csp2(联芳基偶联)和Csp2−Csp3偶联组成。鉴于其极大的使能潜力，作者着手开发了一种模块化的、化学选择性的炔基−GeEt3芳基化反应(即Csp−Csp2键的形成)。
在作者之前开发了一种温和的方法来直接从炔烃中直接获得炔基−GeEt3之后，作者开始了作者的研究，彻底评估了炔基GeEt3的稳定性。虽然炔基锗(见上面的讨论)和炔基硅烷很容易与氟化碱反应，但4-氟苯乙炔锗(1)在氟化物(TBAF、CsF和KF)中保持完全不变；见图2。在碱性条件下，如K2CO3、KOtBu或者nBuLi，炔基锗也被证明比相应的硅烷(2)更稳定，而对酸(HCl)更不稳定。
在这些数据的鼓舞下，作者随后着手开发一种芳基化方案。鉴于炔基−GeEt3对酸的脆弱性(图2)和金催化与这种亲电反应场景的相似性以及作者对芳基GeEt3的先前发展，作者认为金催化有望实现这一目标。虽然AuI/AuIII催化方法通常需要化学计量的氧化剂来再生AuI，以前在联芳基合成的背景下表明，芳基重氮盐(作为偶联伙伴和氧化剂)与光结合使用可以避免对化学计量比氧化剂的需要。[Ru]辅助催化剂经常需要用来扩大底物范围。作者以前证明了Ar-GeEt3可以用同样的策略与重氮盐芳基化。虽然缺乏电子的重氮盐在金/蓝光下有效，但富电子的类似物也需要[Ru]催化剂。烯基硅烷以前也被证明需要[Ru]光催化剂以及可见光和(PPh3)AuCl与芳基重氮盐偶联，而Ph3PAuNTf2不需要光催化剂
相比之下，作者观察到，在蓝光照射下，空气稳定的(PPh3)AuCl催化剂可以在室温下与芳基重氮盐进行芳基化反应，而不需要额外的金属光催化剂。作者推测其机理类似于与芳基锗的相应反应，即LnAuI可能首先与ArN2+发生光触发反应，然后生成的LnAuIII(Ar)与炔基锗反应，最终还原消除。方案1对这一转化的范围进行了更广泛的探索。作者观察到，在这些条件下，缺电子的(例如，NO2，CO2Et，COMe，CF3取代，3−7)以及富含电子的芳基重氮盐(19,20)和炔基锗(8−10)都有很好的耐受性。在偶联反应中保留了有价值的氰基和卤素基团，如F、Cl、Br和I(11−16)。此外，在重氮盐和炔基锗中也能容忍杂环，分别以57%和61%的产率提供了噻吩衍生物17和吡啶衍生物18。除了芳基取代的炔基锗外，还成功偶联了烷基炔基锗(22−25)。
接下来，作者研究了炔基锗与芳基锗、-硅烷和-硼酸酯在分子内竞争中转化的化学选择性(方案1)。可喜的是，在Ar-GeEt3、Ar-SiMe3和Ar-Bpin(26−30)存在下，观察到了炔基锗的选择性芳基化。
在建立了Cspvs Csp2的选择性后，作者接下来评估了同时含有GeEt3和SiR3结构的双取代炔的化学选择性芳基化的可行性。令作者高兴的是，Ge-位的芳基化是可能的，而-SiMe3和-Si(iPr)3完全未被触及(31−33)
为了在含炔基材料的结构中实现最大的通用性和模块化，炔基锗理想地与已建立的偶合条件完全正交。为了探索这一点，作者研究了在炔基锗存在下Pd催化的Sonogashira偶联反应(见方案2A)。令人满意的是，在标准的Sonogashira偶合条件下，卤代炔基锗34(X=Br)和35(X=I)与4氟苯乙炔选择性地反应，同时容忍炔基-[Ge]位。
另一方面，在Au光催化的正交官能团化下，很容易得到交叉偶联产物11。
炔基-[Ge]和炔基-[Si]位的正交反应性也允许它们单独和完全正交功能化(见方案2B)。在存在[Ge]官能团的情况下，38在K2CO3/MeOH条件下实现了脱硅，并且随后的Sonogashira偶联可以进行以给出39。
或者，可以在[Si]存在的情况下将[Ge]位直接官能化10分钟内得到40。
随后通过选择性、顺序的C−Br和C−Cl官能化进行的后续衍生化产生了共轭烷基43，这是这些模块化和高选择性转化的力量的一个例子。
类似地，乙炔基锗在标准的Pd/Cu催化下进行选择性Sonogashira偶联反应。将芳基卤化物加到芳基化的炔基锗44上(方案2C)，使[Ge]位完全不受影响。也就是说，作者发现在更多的强迫条件下(100 oC)，在典型的Sonogashira偶合条件下(Pd/Cu-催化)，炔基-[Ge]位也可以与碘苯芳基化得到化合物46，产率为93%(方案2E)。或者，偶联反应也可以在铜催化下进行，没有钯催化剂，以化学计量的PhCO2K为碱。用这种方法，芳基碘盐和芳基碘盐都能在100oC下与苯乙炔基锗成功偶联，分别得到化合物47和48，产率分别为91%和81%。
最后，使用硝酸银也可以将炔基锗官能团转化为合成有用的AgI乙酰化物45(方案2D)。
综上所述，作者开发了钯或光活化Au催化的炔基锗选择性芳基化反应，对炔基硅烷和Sonogashira偶联反应表现出了良好的化学选择性和正交性。采用金催化方法，以市售的PPh3AuCl为催化剂，以蓝色发光二极管为光源，将炔基锗和芳基重氮盐偶联。反应在室温下进行，反应时间为10 min~2 h，具有较宽的反应范围、良好的官能团耐受性以及对卤素的化学选择性，包括C−I键(即Sonogashira优先偶联的位置)、Ar-GeEt3、Ar-SiMe3和Ar-Bpin。作者的稳定性测试表明，炔基锗对空气和水分都是稳定的，可以存放在工作台上。此外，与相应的炔基硅烷相比，它们对氟化物表现出更高的稳定性，允许在它们存在的情况下选择性地去保护炔基硅烷。鉴于炔基硅烷的普遍使用，作者预计这里公开的互补和正交反应空间能够在合成、催化和邻近学科中得到大量应用。
https://doi.org/10.1021/acscatal.2c02179
ACS Catal. 2022, 12, 8048−8054
