Angew:有机催化内炔酸酯的反式-膦硼化反应

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有机硼试剂不仅可作为底物用于Suzuki-Miyaura交叉偶联等化学反应中,还广泛存在于FDA认证药物和BODIPY衍生的荧光材料中,因此开发有效的合成有机硼试剂的策略受到化学家们的广泛关注。比较传统的方法是通过C-C或C-杂原子π键的硼氢化反应合成有机硼试剂。随着时代的发展,可以同时引入硼和磷官能团的双官能化反应受到了越来越多的关注,包括Ph2P-Bpin与各种醛、酮、醛亚胺、二氧化碳、碳二亚胺、氰酸盐和异硫氰酸酯等C-杂原子π键发生的加成反应(Scheme 1a-c)、重氮甲烷衍生物和N-杂环等N-N π键发生的加成反应(Scheme 1d),以及Westcott团队最近报道的酰氯的膦硼化反应(Scheme 1e)。尽管有机硼试剂的合成已经取得了不错的进展,但与C-C π键发生膦硼化反应的报道却很少。最近,Westcott课题组发现无催化剂时,膦基硼酸酯不能与末端烯丙基和炔烃的C-C π键反应,只有Rh作为催化剂时,该反应可分别得到1,2-或1,1-膦硼酸化产物(Scheme 1f)。为了扩大膦硼烷试剂的应用范围、合成同时包含硼和磷官能团的新型产物,在之前报道的关于三烷基膦有助于硼试剂与炔烃及其衍生物发生反式加成反应的启发下,美国弗吉尼亚理工大学Webster L. Santos团队和加拿大蒙特爱立森大学Stephen A. Westcott团队共同报道了三烷基膦催化Ph2P-Bpin与内炔酸酯的区域选择性反式-膦硼化反应(Scheme 1g)。相关研究成果发表于Angew. Chem. Int. Ed.(DOI: 10.1002/anie.202006096)。


(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


作者以内炔酸酯1a为模板底物,通过对催化剂、溶剂、温度等条件进行筛选,确定最优条件为(Table 1):1a与Ph2P-Bpin的物料比为1:1.3,10 mol% PBu3为催化剂,CH2Cl2为溶剂,在40 ℃条件下反应2 h,能以63%的收率和96:4的Z/E比得到相应产物。


(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


在最优反应条件下,作者考察了各种芳环取代的内炔酸酯对反应的影响(Scheme 2)。各种给电子和卤素芳基、联苯萘基取代以及杂芳取代的内炔酸酯均能较好地适应反应条件,以中等至良好的收率和优秀的Z/E比得到相应的反式产物。当底物中同时存在烯丙基醚和炔烃时,该反应依然能以优秀的化学选择性得到反式产物。乙酰基取代的内炔酸酯也能适应反应条件,但对应产物的收率及化学选择性均略有降低。紧接着,作者考察了各种非芳环取代的内炔酸酯对反应的影响(Scheme 2)。环丙基取代的内炔酸酯发生反应,只能以中等的收率和较低的Z/E比得到相应的反式产物。而直链烷烃和环己基取代的内炔酸酯参与反应得到产物的Z/E比较高,但其收率较低。


(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


紧接着,作者考察了各种酯基取代的内炔酸酯对反应的影响(Scheme 3)。若将甲基换成乙基,相应产物的收率略有降低但Z/E比依旧较高;若将甲基换成位阻较大的异丙基,其产物的收率和Z/E比均降低了很多;若将甲基换成位阻更大的苯基则不能得到产物。但令人意外的是,将甲基换成苄基,反应产物的收率及Z/E比均较高。


(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


基于前人的研究以及实验结果,作者推测了可能的机理(Scheme 4)。首先,PBu3和内炔酸酯发生Michael加成反应生成中间体33与Ph2P-Bpin络合可形成中间体44经历二苯基膦基团转移到sp杂化碳中心的过程可生成内鎓盐5a。先前的理论计算显示中间体5b更易于转化为关键的中间体6。由于丁烯环的角张力和硼的Lewis酸性,6会发生扩环反应生成五元环7。最后,7转化为产物2,同时催化剂进入下一次循环。


(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


小结:Santos团队和Westcott团队共同报道了三烷基膦催化Ph2P-Bpin与内炔酸酯的反式-膦硼化反应,该反应能以中等至良好的收率及化学选择性得到一系列反式产物。



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