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中山大学王洪根课题组JACS:硼导向的烯丙基/炔丙基选择性氨化

对两个或多个电子及空间特征相近的烯丙基氢原子进行区分而实现选择性官能化是有机合成中的一个重要挑战。在这一领域,近年来,刘国生教授、Rovis教授和Tambar教授课题组分别发展了多种策略实现了高区域选择性反应 (图1a)。其中,Rovis教授发展了吸电子基团的诱导效应导致烯丙位出现电子差异从而实现铱催化的烯丙基氨化反应。然而,利用给电子基团导向的烯丙基选择性胺化反应还仍未被开发。

图1. 研究背景及本文工作。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


中山大学王洪根点击查看介绍)课题组在硼导向选择性官能化领域取得了一系列成果(Angew. Chem. Int. Ed201756, 14707;Angew. Chem. Int. Ed201857, 16544;Angew. Chem. Int. Ed201958, 13784;Chem. Sci., 202213, 2981;Chem. Sci.202213, 6413)。近日,该课题组报道了MIDA硼导向的烯丙基/炔丙基选择性氨化反应,并利用硼的给电子诱导效应稳定相邻正电荷实现反应的高区域选择性,MIDA(N-甲基亚氨基二乙酸)对硼的保护对反应至关重要 (图1b)。利用廉价易得的硒催化剂以温和条件合成了一系列在药物及活性中间体中广泛存在的α-氨基硼类化合物 (图1c)。相关成果发表在J. Am. Chem. Soc.上。


在条件优化时,研究人员对硒催化剂以及氨源进行了筛选 (图2)。研究发现,不管使用何种催化剂反应主要发生在硼α位,当使用N-杂环卡宾(NHC)硒催化剂(cat4)以及三氯乙基磺酸氨(TcesNH2)时产率以及区域选择性最为优异。

图2. 条件筛选。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


首先扩展烯丙基硼底物的范围,一些常见的官能团,如氯、芳基、苄氧基、酯基、缩醛等都具有良好的耐受性 (图3)。对于α位带有取代基的叔碳底物该反应可以克服位阻实现高区域选择性。当底物中含有另一端烯时,也不会对反应进行干扰。

图3. 烯丙基底物扩展。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


相对于烯丙基硼底物,炔丙基硼底物的反应产生了令人惊讶的高区域选择性,几乎没有检测到另一种区域异构体,仅仅在克级反应里分离出少量副产物,选择性高达300:1 (图4)。稍微改变反应条件(以PhI(O2CBn)2为氧化剂)后研究人员又对炔丙基硼底物进行扩展,一些敏感官能团,如Boc、叠氮基、苯磺酰基、三氮唑和硅氧基也可以兼容。

图4. 炔丙基底物扩展。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


衍生化研究中,研究人员利用产物中的双键以及三键进行了多种转化,例如氢化、环氧化、环丙烷化都可以高产率获得 (图5)。通过臭氧氧化获得醛后,可以通过Wittig反应获得三取代烯烃产物或还原以获得丝氨酸的类似物。MIDA硼结构也可以快速转化为BF3K以及硼酸。从炔基产物出发可以获得顺式烯烃以及水合产物。将MIDA保护基换成TIDA(N-甲基氨基四甲基二乙酸)后该反应仍表现出高区域选择性,使用蒎烯衍生的亚氨基二乙酸配体(PIDA)后可以以较高的非对映选择性(dr = 7:1)获得目标产物。

图5. 衍生化研究。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


为了研究B(MIDA)结构在该反应中的作用,研究人员进行了几组对照实验,利用频哪醇硼酸酯代替B(MIDA)仅获得脱硼氨化产物 (图6)。将B(MIDA)从α位移动到β位,观察到区域选择性(2:1)显著降低。使用含有吸电子酯基代替B(MIDA),胺化产物的选择性很低,表明H的酸性并不是反应选择性的决定性因素。竞争实验表明B(MIDA)对双键有着活化作用。对烯丙基底物两个反应位点的1JCH耦合常数进行分析,发现其存在巨大差异,表明B(MIDA)产生了强烈的给电子诱导效应。

图6. 对照实验及机理探究。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


小结


王洪根课题组利用B(MIDA)结构对邻位碳正电荷的独特稳定作用实现了高位置选择性的烯丙基/炔丙基氨化反应,展现优良的底物适用范围和官能团兼容性,合成了一系列α氨基硼类化合物。通过对产物结构中的不饱和键进行后续修饰进一步扩大了结构的多样性。研究揭示了sp3-B(MIDA)在该反应中的独特作用,不仅带来了显著的位置选择性,而且对邻近不饱和键产生了有趣的活化效应。B(MIDA)的这些独特性质有望为更多的有机硼合成化学提供启发。


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):

Boryl-Dictated Site-Selective Intermolecular Allylic and Propargylic C–H Amination

Yuan Liu, Zhi-Hao Chen, Yin Li, Jiasheng Qian, Qingjiang Li, and Honggen Wang*

J. Am. Chem. Soc.2022, DOI: 10.1021/jacs.2c06117


导师介绍

王洪根
https://www.x-mol.com/groups/SYSU-Wang_Honggen 


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