CCS Chemistry | 绿色实用铁催化惰性氯代烷烃的硼化与硅化

摘要：重庆大学冯璋课题组报道了一种铁催化惰性氯代烷烃硼化与硅化的方法。该方法可构建三级、二级和一级烷基硼酸酯，以及二级和一级烷基硅化合物，并可对一些生物活性化合物进行后期修饰。

烷基硼酸酯是过渡金属催化的交叉偶联反应中的经典合成中间体，也是药物化学中具有活性潜力的化合物。传统的合成烷基硼酸酯的方法包括亲电取代反应以及烯烃的硼氢化反应(Chin. J. Chem. 2018, 36, 1075)，但这些方法仍然受限于官能团耐受性和烯烃的区域选择性问题。近年来，以烷基卤素、羧酸、胺、醇等合成烷基硼酸酯的方法取得了重大突破，可是大多数方法局限于构建一级以及二级烷基硼酸酯，对于三级烷基硼酸酯的合成则少有报道（图1：J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10693；J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 6139；Science 2017, 356, eaam7355；Science 2017, 357, 283；Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 9561.）。

图1

在有机合成方法学发展中，过渡金属铁因为其储量高，成本低且无毒的优点，越来越受到人们的关注，其已广泛用于有机合成化学中(Natl. Sci. Rev. 2014, 1, 580)。在过去的几十年中，铁催化的交叉偶联反应得到了广泛的探索，特别是使用有机金属试剂作为偶联试剂形成C-C键的反应。相反，通过铁催化形成碳杂键的研究却少有报道。2014年，Cook课题组基于铁催化剂开发了烷基卤化物的硼酸酯化方法，其中叔卤化物和未活化的烷基氯代物表现出较低的效率（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9521）。但是该反应需要牺牲有机金属试剂，通过还原消除原位产生高反应性的低价铁物种，从而促进该反应的发生。因此，在不使用有机金属试剂的情况下开发铁催化的体系更具吸引力。

近日，重庆大学冯璋课题组报道了一种由廉价无毒的过渡金属铁催化的非活性氯代烷烃硼化与硅化的方法。在简单的体系之下即可获得三级、二级和一级烷基硼酸酯，以及二级和一级烷基硅化合物（图2）。该反应条件温和，底物范围广，官能团兼容性好，并可对生物活性化合物进行后期修饰。在优化条件下，作者对该反应的底物普适性经行了考察。该条件对三级、二级和一级氯代烷烃均可适用。含官能团例如酯基、酰胺、吗啉基、硅醚、硼酸酯、三氟甲基、噻吩、吲哚等的底物都可以获得一个中等到良好的收率。受到铁催化烷基氯代物硼化的启发，作者也对非活性氯代烷烃的硅化反应进行了考察。当以Et₃Si-Bpin替代B₂pin₂时，经过条件优化即可得到一级，二级烷基硅化合物。但是遗憾的是，目前该反应体系不能实现三级烷基卤代物的硅化反应。

图2

为了证明该反应的实用性，作者进行了一系列的应用以及衍生化实验。多种天然产物衍生物可顺利进行硼酸酯化反应 (图3)。同时，烷基硼酸酯及其衍生物可构建新的C_Sp3-C_Sp3, C _Sp3-C_Sp2键。值得一提的是，借助刘超研究员最近发展的方法(CCS Chem. 2020, 2, 1718)，作者也能高效的实现C_Sp3-C_Sp键的构筑(图3)。

图3

为了探讨可能的反应机理，作者设计了一系列实验研究 (图4)。（A）动力学研究显示，铁催化硼化反应的速率为：三级>二级>一级氯代烷烃;（B）自由基抑制实验，发现TEMPO与烷基自由基反应的产物。作者提出了可能的反应机理：通过t-BuOLi与FeI₂的反应获得铁配合物I。随后，在碱的作用下，新生成的铁物种I与B₂pin₂发生转金属化反应，生成具有高还原电位的铁-硼中间体II。然后，铁-硼中间体II通过单电子转移反应途径与烷基氯反应，得到中间体III。 最后，通过还原消除得到烷基硼酸酯和铁配合物IV。

图4

该工作实现了铁催化下非活化氯代烷烃硼化与硅化的方法，为三级、二级和一级烷基硼酸酯，以及二级和一级烷基硅化合物的合成提供了一种高效实用的方法。此项研究得到了国家自然科学基金、四川省医学影像重点实验室、南充市与川北医学院科技战略合作、重庆博士后科学基金、中国博士后科学基金，重庆市自然科学基金的资助。该工作以communication的形式发表在CCS Chemistry，已在官网“Just Published”栏目上线。

文章详情：

Iron-Catalyzed Borylation and Silylation of Unactivated Tertiary, Secondary, and Primary Alkyl Chlorides

Siyu Wang^†, Minghui Sun^†, Huan Zhang, Juan Zhang, Yun He, and Zhang Feng*

原文链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.020.202000447

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