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催化剂控制共轭二烯的选择性芳基化-硼化

烯烃的双官能团化反应在构建复杂的有机分子中具有重要的合成意义,共轭烯烃因具有多个反应位点,故选择性地控制其双官能团化反应十分具有挑战性。目前共轭烯烃的双官能团化反应主要有:双胺化、双羟基化、双芳基化、双硼化和环加成反应。另一方面,π键的碳硼化反应在最近几年得到了广泛的关注,可应用于炔烃、烯烃和联烯体系的双官能团化;直到最近,相关文献才报道了Pd/Cu共催化共轭二烯底物(丁二烯或2-取代二烯)的碳硼化反应,但是反应的选择性不是十分理想。最近,美国印第安纳大学M. Kevin Brown教授(点击查看介绍)课题组取得了新的进展,他们在J. Am. Chem. Soc. 上报道了催化剂控制二烯的区域选择性碳硼化反应

图1. 共轭烯烃的碳硼化反应。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


以往文献中报道共轭烯烃的碳硼化反应中,由于形成的烯丙基Cu/Pd络合物存在着不同的区域异构体,反应的选择性较差(图1A)。因此,作者设计了一种具有区域选择性的Cu/Pd共催化体系来实现碳硼化反应(图1B)。他们使用1-苯基丁二烯作为底物对反应条件进行筛选,以5 mol %的SIMesCuCl与1 mol %的Pd-XPhos G3共同作为催化剂,可以68%的收率得到产物混合物,其中1,2-加成与1,4-加成产物的比例为7:1(图2,entry 2)。当反应在IPrCuCl与Pd-PAd2n-Bu共催化条件下进行时,收率可以达到93%,并且选择性显著提升至23:1(图2,entry 1)。大位阻和富电子的膦配体对提高反应的选择性具有促进作用(图2, entries 3-4)。使用PhI和PhOTf作为苯基来源参与反应时也具有较高的收率,但PhCl的反应效果很差(图2, entries 6-9)。

图2. 反应条件的优化。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


得到最优条件之后,他们对底物的普适性进行了考察(图3)。吸电子、给电子或者是大位阻的取代基修饰的芳基溴化物参与反应都具有良好的收率,其中部分底物需要将配体换为Pd−Pt-Bu33-7)。芳香杂环溴化物也能够反应,但是收率有所下降(8-11)。其他多取代的共轭烯烃作为底物也能够得到良好的收率(12-18),值得注意的是,在部分例子中(15-17),所使用的底物是E/Z 型的混合物,也能够高选择性地得到单一异构体(>20:1 E :Z)。烷基取代的底物18也能够得到良好的选择性和收率,但是反应中伴随着大约20%的重排副产物。

图3. 底物普适性的考察。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


随后作者使用1,3-取代的丁二烯19作为底物,由于1,2-加成会形成位阻较大的四级碳中心,因此最终得到的是1,4-加成的产物20(图4A)。对于1,4-取代的丁二烯21,反应在标准条件下可以得到1,2-加成的产物22和1,4-加成的产物23,其中22以反式构型的异构体为主,dr值 > 20:1(图4B)。反应在手性配体25的存在下,24可以较高的dr值和er值得到芳基化-硼化产物,且产物在碱性H2O2的氧化条件下可以得到手性醇类产物(图4, 26-28)。

图4.区域选择性及不对称的芳基化-硼化反应的研究。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


随后,他们对反应的机理也进行了研究(图5)。1-苯基丁二烯与原位生成的IPrCuBpin反应,可以分离得到中间体33,并通过1H NMR表征加以确认。1,4-加成的产物33仅存在单一的Z 构型,加入AcOH淬灭后得到Z 构型的烯丙基硼酸频哪醇酯3433也可以和PAd2n-Bu G3、PhBr反应得到1,2-加成的产物2。影响反应选择性的因素有很多,作者猜测如果转金属的过程是反应的决速步骤,那么Cu络合物33和PAd2n-Bu G3反应可能经过3637两种过渡态(图5B),早期的文献报道则倾向于前者。作者还在条件筛选中发现PhOTf也具有很高的选择性,然而三氟甲磺酸根阴离子对Cu和Pd金属中心的配位能力较弱,对于37的形成来讲是不利的,由此也说明反应更可能经历了过渡态36

图5. 反应机理的研究。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


最后,他们根据推测的反应机理在反应过程中使用合适的配体,可以使转金属过程发生在C1端,从而得到1,4-加成的产物39(图6),使用位阻更小并且更亲电的Pd物种有利于C1端的转金属发生。最终他们发现,使用SIMesCuCl与PdJackiePhos G3作为共催化体系可以得到1,4-加成的产物(图6, 41-45)。

图6. 1,4-加成反应途径的研究。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


——小结——


Brown课题组作者报道了一种共轭烯烃的区域选择性芳基化-硼化反应,反应具有良好的普适性和优秀的选择性。作者对反应的机理也进行了初步的研究,对反应立体选择性的控制也在进一步的进行中。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Catalyst Controlled Regiodivergent Arylboration of Dienes

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 9823, DOI: 10.1021/jacs.7b05477


导师介绍

M. Kevin Brown

http://www.x-mol.com/university/faculty/1158


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