南京大学王毅、潘毅团队Angew Chem报道脱羧硼化重要研究进展

硼酸酯是常用的有机合成子，通过Suzuki偶联等偶联反应可以转化为各种功能分子，在农药、医药以及材料领域具有十分广泛的应用。近年来，通过活化自由基前体获得硼酸酯的方式主要包括Katrizky盐、（类）卤化物、羧酸及其氧化还原活性脂。然而，具有独特结构的羧酸，如苄基和含三氟甲基等吸电子基团的特殊底物不能顺利脱羧得到硼酸酯产物，主要原因是，其生成的碳自由基更倾向于单电子转移，得到碳正或碳负离子，而不跟硼化试剂作用。因此，稳定自由基和活化自由基的脱羧仍然具有很高的挑战性。

目前对三氟乙基自由基的反应报道相对较少，通过三氟乙基卤化物的活化需要金属和加热条件，这常常导致β-氟消除。含有三氟甲基的磺酸盐需要从相应羧酸的Barton酯进行多步转化得来。目前对邻位三氟甲基的硼化研究方法仅限于含氟烯烃的硼氢化反应和三氟重氮乙烷与硼酸的亲核取代。因此，稳定自由基的脱羧硼化是解决这种结构单元合成问题的关键。

南京大学王毅、潘毅团队长期致力于有机氟化学的研究，在脱羧三氟甲基化和氟硼双官能团化反应方面取得了一系列进展（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 624–627; Nat. Commun., 2020, 11, 2572）。近期，该课题组利用离去基团辅助的策略，使用高活性的肟氯酯（NHBC ester），在光催化条件下，实现了邻位CF₃取代的羧酸及其它各类烷基和芳基羧酸的脱羧硼化反应。

作者首先通过溶剂、光催化剂、硼源、添加剂等一系列反应条的优化，确定了该反应的最优条件。随后，在最优条件下作者对α-CF₃羧酸及普通烷基羧酸底物的适应范围进行了考察，如图所示（Scheme 1）。直链和环状α-CF₃羧酸均得到较高的粗产率和中等收率。各类一级、二级和三级烷基羧酸，以及具有生物活性的羧酸，也给出了良好的收率。

Scheme 1. Substrate Scope of the Aliphatic Acids.

作者之后考察了芳基羧酸的脱羧硼化（Scheme 2）。在合适的光催化剂、溶剂和硼源条件下，无论是吸电子取代，或是给电子取代的芳基羧酸，以及不同取代位置的羧酸均可给出较好的收率。

Scheme 2. Substrate Scope of the Aromatic Acids.

根据机理控制实验和前期报道，作者提出了可能的反应机理（Scheme 3）。首先激发态的Ir(III)与NHBC酯作用，经过单电子还原生成氧化态的Ir(IV)和α-CF₃自由基中间体，随后，与HMPA与B₂cat₂的硼中心结合后形成的复合物进行反应生成产物（7），并且B–B键的断裂形成HMPA稳定的硼酰基自由基。这个中间产物被氧化成中性络合物并终止自由基链（Scheme 3 A）。作者通过对¹¹B NMR的研究，证明了HMPA与B₂cat₂的硼中心结合后形成了复合物（Scheme 3 B），自由基钟实验也验证了该反应的自由基历程（Scheme 3 C）。此外，荧光猝灭实验与量子产率计算结果表明，存在链式机理的可能。

Scheme 3. Mechanistic study.

本文第一作者为2018级博士研究生张强，该工作得到国家自然科学基金（21772085，21971107）、配位化学国家重点实验室和江苏省先进有机材料重点实验室的经费资助。

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）：

Decarboxylative Borylation of Stabilized and Activated Carbon Radicals

Qiang Zhang, Xiaojuan Li, Weigang Zhang, Shengyang Ni, Yi Wang*, Yi Pan

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, DOI: 10.1002/anie.202008138

导师介绍

王毅

https://www.x-mol.com/university/faculty/11612

潘毅

https://www.x-mol.com/university/faculty/11605

更多详情请访问课题组网站

http://molab.nju.edu.cn/