空气稳定的双硼烷络合物:实用的双齿路易斯酸催化剂
我们报道了一种空气稳定的双硼配合物作为1,2-二嗪和1,2,4,5-四嗪的反电子需求Diels-Alder(IEDDA)反应的有效催化剂。它通过NMR研究证明了它对空气和水分的稳定性,使其能够在没有手套箱的情况下应用于有机转化。从1,2-双(三甲基甲硅烷基)苯开始,开发了用于其合成的一锅法,大大提高了其实用性。进行比较反应以评价其在二嗪的IEDDA反应中的催化活性,所述二嗪包括2,3-二氮杂萘以及1,2,4,5-四嗪。
关键词: 空气稳定催化剂; 双齿; bisboron; 二嗪; 第尔斯-阿尔德; 路易斯酸
开发高效实用的合成方法是化学的主要目标之一。特别是依赖于新的催化活化原理的转化是重要的。在过去几年中,逆电子需求Diels-Alder(IEDDA)反应已经建立用于构建环状框架,特别是在天然产物的合成中[1,2]。氮杂二烯已用于IEDDA反应中,用于构建含氮杂环化合物[3-8]。其中,1,2-二嗪由于其相对较低的反应性而使用较少,因为它们的LUMO能量相当高[9-12]。在过去几年中,我们展示了一种双硼酸二齿路易斯酸(方案1,A)作为1,2-二嗪的IEDDA反应进入1,2-取代芳烃的有效催化剂[13,14]。此外,我们可以将这种反应性结合到多米诺反应中,结合IEDDA步骤与重排[15]或额外的Diels-Alder反应[16]。然而,该方法需要对空气和湿气敏感的二硼催化剂。准备和处理需要特殊设备,如手套箱,因此限制了其适用性[17]。为克服此限制,我们在本文中提出了一种新催化剂(方案1,B)具有合理的空气和湿度稳定性,可在环境条件下处理,并用标准实验室设备制备。
方案1: 双齿双硼烷路易斯酸。
通常,硼路易斯酸的反应性归因于硼原子的自由空位p-轨道导致进一步的转化,例如通过自由基(O 2)的分解,与亲核试剂(H 2 O)的反应以及形成的加合物。从这个角度来看,合适的路易斯碱可以形成路易斯络合物并随后占据硼原子的p-轨道。这可以防止硼化合物分解以及水解,并为有机反应提供实用的路易斯酸催化剂。
为了检验这一假设,几个路易斯碱进行与双齿bisboron催化剂,5,10-二甲基-5,10- dihydroboranthrene(配位反应阿在方案1),在我们的小组开发[13] 。与非配位催化剂A相比,通过芳族质子的高场位移确认络合。如方案2所示,除了1,2-二苯肼(1d)之外,大多数路易斯碱(包括单齿1a - 1c和双齿路易斯碱1e - 1j)可以通过NMR光谱测定与双硼化合物A配位(参见支持信息文件1)。然后评估稳定性,将所得复合物暴露于空气中。然而,除了哒嗪(1j)的加合物B之外,大多数加合物在环境条件下快速分解。为了进一步评估复合物B的稳定性,进行了时间依赖性1 H NMR研究。在17天后,在1 H NMR光谱的低场区域出现分解的最初迹象(图1c)。随着持续的空气暴露,这些分解信号增加(图1c- 1e)。尽管如此,即使暴露38天后仍有大量复合物B残留(图1e)。
方案2:通过NMR质子光谱分析 5,10-二甲基-5,10-二氢呋喃(A)与路易斯碱的络合反应。
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图1:暴露于空气的复合物B的 时间依赖性1 H NMR光谱。
合成B的优化方法
Wagner小组[18]以及我们小组[17]已经很好地描述了双硼烷化合物A的合成。对于bisboron化合物的合成的典型程序甲经由二聚化需要高的反应温度(反应式3,上图)。由于使用挥发性BCl 3,二聚反应通常在密封的压力管中进行。使用Schlenk技术,该方法以良好的收率提供化合物A. 然而,双齿二硼酸路易斯酸A,也是复合物B的硼源,通常在手套箱中处理。
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方案3: 双硼烷A和B的合成方法。
为了促进复合物B的应用,开发了一种新的一锅法,用于从1,2-双(三甲基甲硅烷基)苯(2,方案3,底部)开始制备。在优化的程序中,BBr 3用于代替BCl 3,二聚反应可以在没有任何溶剂的普通Schlenk管中进行。可以原位添加甲基化试剂AlMe 3,然后与哒嗪络合。一锅法也适用于化合物A的合成。在这种情况下,在减压下除去所有挥发性组分后,可以在Schlenk管上安装冷却指状物以升华,得到化合物A,总产率为55%。
X射线晶体结构分析
从EtOAc / BrPh 1:1(v / v)获得空气稳定的路易斯酸B的单晶。X射线分析显示三蝶烯型排列(图2)类似于Wagner及其同事报道的9,10-二氢-9,10-二硼杂蒽的哒嗪络合物[19]以及酞嗪络合物5,10-二甲基-5,10-二氢苯并芘[17]。复合物B的11 B NMR谱显示在2.4ppm处有一个共振,这也证明了硼的四配位[20]。
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图2: 复合物B的 ORTEP绘图(50%概率)。
紫外 - 可见光谱分析
通过紫外 - 可见光谱研究了空气稳定的络合物B的吸收性质。如图3所示,对于复合物B,存在分别在241nm,279nm,339nm处的三个吸收带。的比较阿与乙显示,该尖锐的吸收最大值在255纳米甲行与哒嗪协调后蓝移,并在约400的额外的宽吸收波长出现。
图3:在CHCl 3中测量 复合物B的 UV-vis光谱,并与哒嗪和双硼烷A比较(浓度:B:4.52×10 -5 mol / L,A:4.52×10 -5 mol / L,哒嗪:3.68 ×10 -5 mol / L)。
催化性能
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