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硼化学Angew:铜催化炔烃的三硼化反应2020-05-12

毫无疑问,有机硼化合物在有机合成中是一种重要、有用的中间体,由于其易于制备等优点,在合成化学、药物分子制备与材料化学中得到了广泛的应用。其中,多取代的硼化合物可以作为生物活性分子或者实用的合成砌块,在现代有机中占有重要的位置。单取代及二取代有机硼化合物得到了极为广泛的应用,而1,1,1-三取代的有机硼化合物的研究却相对较少,但这种化合物又是一种值得研究的中间体,因此,很值得发展有效合成这类化合物的方法。研究人员已在三硼化反应方面取得了一些进展。Matteson课题组发展了氯仿的低温三硼化反应,但需要6倍量的金属锂。Mita、Sato等人实现了Ir催化2-乙基吡啶的三硼化反应,但只适用于富电子基取代的吡啶环,底物范围较窄。Chirik课题组报道了通过Ni催化的方式制备苄基三硼酸酯化合物,该方法选择性和收率均较高,但底物范围仍旧受限。Huang课题组采用Co催化的两次脱氢硼化-氢硼化的方式制备1,1,1-三硼基烷烃,但底物只限于活化的烯烃。

炔烃是合成有机硼的常用前体试剂,1995年,Marder课题组报道了Rh催化苯乙烯的1,1-二硼化反应,制备了相应的1,1,1-三硼酸酯类化合物(Scheme 1a)。2017年,Chirik课题组通过Co催化端炔的1,1-二硼化合成了相似的化合物(Scheme 1b)。这些合成1,1,1-三硼酸酯类化合物的方法虽然有用,但均存在问题,如官能团耐受性较差、催化剂昂贵、步骤较多等。最近,德国维尔茨堡大学的T. B. Marder课题组报道了一种直接由价廉易得的炔烃合成1,1,1-三硼酸酯类化合物的方法,该方法原子利用率高,条件温和(Scheme 1c)。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上(DOI: 10.1002/anie.201909376)。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

作者以苯乙炔(1a)为模板底物进行条件优化,通过对铜盐、配体、碱的种类及用量、温度等反应条件的优化,证实了反应的最优条件为:10 mol% Cu(OAc)2为催化剂,20 mol%正丁基膦为配体,1当量KF为碱,底物在甲苯中40 ℃反应24 h,以97%的收率得到目标产物(Table1)。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

确定了最优反应条件后,作者随后进行了反应底物的扩展(Table 2)。其中,电性效应对反应并没有很大的影响,具有供电子基团或吸电子基团的芳香炔均能很好地参与到反应中,以中等到良好的收率得到目标产物。许多官能团,如烷基、甲氧基、二甲胺基、卤素、三氟甲基、氰基、酯基等均能兼容反应条件。值得一提的是,具有卤素的底物并没有发生卤素硼化的产物,为进一步官能团化提供了条件。随后,作者尝试了杂环及多环芳烃底物,均能以中等收率得到产物。最后,作者对反应进行了放大(5 mmol),以87%的收率得到了最终产物。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

随后,作者针对烷基炔烃进行了底物范围的探讨(Table 3)。支链及直链炔烃均能以中等收率得到相应三硼化产物,对于1,3-烯炔底物,作者并没有发现烯烃硼化的产物,说明了反应具有较高的化学选择性。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

接下来,作者进行了反应机理研究,在实验中捕捉了炔基硼及1,1-二硼烯烃的中间体,并提出了催化循环过程。首先,Cu(OAc)2被还原产生CuH中间体;CuH随后对炔烃底物进行加成产生烯基酮中间体AA与HBpin发生σ键复分解后产生烯基硼酸酯4;最后,4再次经CuH插入、σ键复分解过程产生产物及再生CuH催化剂,完成催化循环。

(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

最后,为了说明反应的实用性,作者对反应产物进行了后续脱硼烷基化,为α-烯基硼酸酯及环状硼酸酯的合成提供了有效直接的方法。

 

小结:T. B. Marder课题组发展了一种铜催化炔烃的三硼化方法,该方法原子利用率高,底物适用性广,易于放大。作者对产物进行了后期转化,为有机硼化合物的合成提供了一种广泛、实用的方法。