当前位置 : X-MOL首页行业资讯 › 富电子芳香烃的催化C-H键亲电硼化反应

富电子芳香烃的催化C-H键亲电硼化反应

硼酸是一类非常有用的有机合成子,广泛应用于C-C或C-X (X = 杂原子)键的形成。过渡金属催化芳香烃的直接C-H键硼化反应是合成苯硼酸及其衍生物的有效手段,反应的区域选择性往往由导向官能团或者立体位阻决定,体系中往往需要加入H2受体来提高转化率。作为一种替代的方法,硼亲电试剂参与的芳香亲电取代反应(SEAr)能够在反应的区域选择性上与过渡金属催化互补。然而,此类反应的报道非常少,大部分的反应条件苛刻,需要预先制备化学计量的亲电硼正离子试剂。


来自柏林工业大学Martin Oestreich教授小组长期致力于主族硅硼试剂的转化研究,主要研究领域包括过渡金属催化的亲核硅取代反应、金属参与的芳香亲电硅化与硼化及其机理的研究、缺电子硼烷催化转移氢化和硅氢化反应的研究。2016年,该小组报道了在催化量NaBArF4ArF = 3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)的存在下,廉价金属路易斯酸FeCl2催化富电子芳香烃(主要是苯胺衍生物)的亲电硅化反应,反应经历类似傅克(Friedel–Crafts)反应的机理,能够高区域选择性地得到对位取代的硅化产物。作者也尝试了许多其他金属路易斯酸,发现均能催化该反应。对照实验表明没有金属或者NaBArF4时反应均不能很好地进行。作者推测,不同金属路易斯酸催化的反应可能生成了相同的活性催化剂物种。由于反应条件相对剧烈,NaBArF4在过渡金属的存在下有可能发生分解,生成较强的硼路易斯酸BArF3。而此类硼路易斯酸活化氢硅烷(R3SiH)生成亲电性的硅物种研究报道较多。基于此,作者参照文献合成了BArF3与研究得更多的强路易斯酸B(C6F5)3,发现这两种路易斯酸确实能够催化亲电硅化反应,并且得到与原催化体系(FeCl2 + NaBArF4)类似的结果。作者尝试通过核磁共振波谱跟踪FeCl2与NaBArF4之间的反应,但是并没有观察到游离的BArF3生成。该文章的第一作者为殷勤博士(上海有机所游书力研究员的博士生),相关工作得到德国洪堡奖学金的资助,发表在Angewandte Chemie International Edition上(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 3204–3207)。


受此启发,殷勤博士进一步研究了富电子芳香烃的亲电硼化反应。作者发现在硼的强路易斯酸(如BPh3、BArF3、B(C6F5)3)催化下,儿茶酚硼烷(catBH)能够转化为亲电性的硼物种,进而被体系中的富电子芳香烃如苯胺、吲哚、吡咯以及噻吩等捕获,高区域选择性地生成芳基硼酸,其中氢气是唯一的副产物,反应中不需要加入额外的碱。由于儿茶酚硼烷衍生物对水汽和酸比较敏感,为了分离方便,反应中加入频哪醇可以顺利分离得到芳基频哪醇硼酸酯化合物。



除了硼路易斯酸外,作者发现[Ph3C]+[B(C6F5)4]-和强质子酸[H(OEt2)2]+[BArF4]-也能够很好地促进反应进行。通过大量的核磁共振测试研究,作者发现B(C6F5)3或者强质子酸只是作为反应的引发剂,在路易斯碱(即底物苯胺)的存在下与catBH反应生成三配位(borenium)或者四配位的硼正离子(boronium)中间体,该中间体具有很强的亲电性,能够被富电子的芳香烃捕获,生成目标产物并释放氢气。硼正离子的重生以及氢气的同步释放是反应的决速步。


作者发现加入化学计量的烯烃(甚至催化量)作为添加剂可以显著加速反应,这是目前为止首例报道的室温条件下C-H键的催化硼化反应。研究表明,烯烃并非作为氢气的捕获剂,反应结束后仅能检测到极少量的烯烃氢化产物,并且伴随着大量烯烃的剩余。烯烃的具体作用目前尚不清楚,可能作为质子穿梭剂(proton shuttle)加速硼正离子重生。


该工作得到德国洪堡奖学金的资助并发表在Angewandte Chemie International Edition 上,并得到Synfacts Organic Process Research & Development 的亮点评述(Synfacts, 2017, 13, 529; Org. Process Res. Dev., 2017, 21, 675–688)目前,殷勤博士已作为研究副教授加入南方科技大学的张绪穆教授课题组。


该论文作者为:Dr. Qin Yin, Dr. Hendrik F. T. Klare, Prof. Dr. Martin Oestreich

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):

Catalytic Friedel–Crafts C−H Borylation of Electron-Rich Arenes: Dramatic Rate Acceleration by Added Alkenes

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 3712, DOI: 10.1002/anie.201611536


如非特别注明,本文版权属于 X-MOLx-mol.com ), 未经许可,谢绝转载!

分享到
评论: 0
down
wechat
bug