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有“硼”自远方来┃NUS许民瑜课题组Nat. Catal.报道铁催化的烯烃


有“硼”自远方来┃NUS许民瑜课题组Nat. Catal.报道铁催化的烯烃远程质子化硼化
本文来自微信公众号：X-MOLNews
含硼化合物是一类多功能化合物 ， 与有机金属试剂相比 ， 有机硼酸酯相对稳定 ， 对官能团的耐受性强 ， 并且易于多样化转化（如通过C–B→C–X转化来制备一些合成上有价值的结构） 。 目前 ， 构建C-B键的方法主要有以下几种：取代反应、羰基的亲核加成、不饱和C–C键的硼基加成以及C–H键活化 。 其中合成脂肪族有机硼化合物的一种有吸引力且原子经济的方法是金属催化C=C键的加氢硼化或质子化硼化反应（图1a） 。 近年来 ， 化学家们致力于开发远程硼化反应（Nat. Rev. Chem.,2018, 2, 15–34; ACS Cent. Sci.,2018, 4, 153–165） ， 即通过分子间或分子内氢化物转移使C=C键在与硼试剂反应之前发生烯烃异构化 。 与常规的位点特异性反应相比 ， 底物上C=C键在远程功能化中不再是关键（图1b） 。 然而 ， 现有的远程硼化反应仅限于两个常见位点的硼化：（1）含吸电子基（如芳基、杂芳基和硼基）的α-碳；（2）末端位置（图1b） 。
有“硼”自远方来┃NUS许民瑜课题组Nat. Catal.报道铁催化的烯烃
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图1. 发展远程β-选择性硼化反应的意义及挑战 。 图片来源：Nat. Catal.
于是 ， 新加坡国立大学（NUS）化学系的Ming Joo Koh（许民瑜）（点击查看介绍）课题组尝试设计一种通过远程质子化硼化过程实现未活化位点（如β-位）硼化的策略（图1c） 。 但是该过程具有以下挑战：（1）必须确定合适的催化物种来实现链行走（如金属氢化物）和硼金属化（如金属硼化物） 。 （2）从A到D的烯烃异构化必须比质子化硼化快 ， 否则会得到复杂的区域异构体混合物 。 （3）必须选择合适的质子源以促进E到F的质子化 ， 同时不能降低负责C=C键迁移的金属氢化物的浓度 。 （4）必须抑制氢化和二硼化等潜在的副反应 。 近日 ， 他们终于实现突破并在Nature Catalysis上报道了铁催化的烯烃远程质子化硼化反应 ， 产率高达85％ ， β-选择性 > 98％ 。
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图2. 在氢金属化和硼金属化之间取得平衡 。 图片来源：Nat. Catal.
首先 ， 作者选择烯烃4a、化学计量的B2(pin)2和叔丁醇锂、廉价金属催化剂（5 mol%）在无水DMA（0.4 M）中于100 °C、N2气氛下进行反应（图2a（i）） 。 结果显示铁络合物能有效地促进β-质子化硼化反应 ， 其中三联吡啶-FeBr2（Fe-1）可以86%的β-选择性得到所需的3-硼基烷烃产物5a 。 在没有Fe-1、B2(pin)2或碱时 ， 4a的转化率低于2％ ， 这表明这些组分对链行走和质子化硼加成是至关重要的 。 值得一提的是 ， 所有实验中的α-硼化产物均不到2％（图1b） 。 向体系中添加不同当量t-BuOH的对照实验表明 ， 随着醇的量增加 ， 所需的3-硼基烷烃和其他区域异构体的比率降低（图2a（ii）） 。 这表明 ， 过量的质子会与铁氢物种反应并降低促进链行走所需的铁氢物种浓度 ， 从而抑制烯烃异构化 。 此外 ， DMA是一个弱质子源 ， 通过延迟释放t-BuOH来促进质子解而不抑制C=C键迁移 ， 通过使用1：2 DMA /甲苯混合溶剂（0.4 M）降低DMA浓度 ， 进一步提高了β-选择性 ， 5a的分离产率为73％ ， β-选择性为88%（图2a（iii）） 。
接下来 ， 作者对反应机理进行了探究 。 当使用d3-DMA作溶剂时 ， 1H和2D NMR显示氘存在于整个烃链中 ， 证实了DMA作为质子源（图2b） 。 随后 ， 作者选择d-4b作为底物 ， 发现产物d-5b中氘掺杂在整个烃链上 ， 作者推断在链行走过程中 ， 通过β-H消除可以生成游离的铁氢物种 。 在氘代和非氘代烯烃之间检测到分子间交叉 ， 进一步佐证了催化体系中形成了铁氢物种 。 用含环丙烷的底物6进行自由基钟研究 ， 结果表明通过氢原子转移（HAT）进行烯烃异构化途径也可能与铁氢物种的加成–β-H消除形成竞争 。 此外 ， 4a在模板条件下反应3 h的时程研究证实了烯烃异构化先于质子化硼化（图2c） 。 对照实验还表明 ， 3 h内在无Fe-1的情况下 ， 内烯烃4a''并无发生质子化硼化反应 。


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