光催化2-BMIDA丙烯醛自由加成反应的多样性导向合成
前沿
含硼化合物不仅是有机合成的重要中间体,还广泛存在于药物分子及材料分子中,尤其是α-硼基醛,其一般以N-甲基亚胺二酰基(MIDA)硼取代和亚氨基二乙酸(PIDA)硼取代。因此,高效合成α-硼基醛一直是有机合成领域的研究热点。现阶段,对烯基-MIDA硼和烯丙基-MIDA硼的氧化反应,进而合成α-硼基醛是行之有效的方法。然而,这类反应需要使用强氧化剂、官能团兼容性差、产物多样性缺乏。因此,开发高效便捷的方法合成α-硼基醛具有重大研究意义。基于此,厦门大学卓春祥教授,利用MIDA配体能够将硼中心从缺电子的sp2杂化中心转变为富电子的sp3杂化中心的性质,在丙烯醛的2-位引入大位阻的MIDA基团控制其反应活性和稳定性,成功实现其在光催化作用下与偶联体的自由基加成反应,高效合成α-硼基醛或硼基杂环化合物DOI:10.1021/acscatal.3c03474 (图1)。
图1来源ACS Catal.
实验结果
首先,作者选用三氟硼酸叔丁基钾1a和2-BMIDA丙烯醛2a为模板底物,进行反应条件的优化,发现以Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6 为光敏催化剂,CH3CN为反应溶剂,在蓝色LED灯照射下17 h,能够以80%的分离收率得到目标化合物(图2)。
图2来源ACS Catal.
随后,作者在得到最佳反应条件后,对叔丁基烷基三氟硼酸盐进行底物普适性考察,发现各种基团取代的叔丁基三氟硼酸盐(如:烯基、炔基、酯基、萘、吲哚、喹啉、呋喃、噻吩、吡咯、吡唑等)均能得到相应的目标化合物。另外,由三氟硼酸盐产生的仲碳及伯碳自由基底物,也能够适用于该催化体系(图3)。
图3来源ACS Catal.
另外,作者发现以α-氨基酸为自由基前体与2-BMIDA丙烯醛发生加成反应,再经历Fe-催化环化反应,能够高效合成4-硼基-2,3-二氢吡咯化合物(图4)。
图4来源ACS Catal.
最后,作者由竞争控制试验得到的结果,对该反应提出了一个可能的机理。即烷基三氟硼酸盐经历SET氧化生成烷基自由基I-1,其与2-BMIDA丙烯醛发生加成反应得到自由基中间体I-2,随后经历SET还原得到碳负离子中间体I-3,并发生质子化得到最终产物(图5)。
图5来源ACS Catal.
编者结语
厦门大学卓春祥教授利用MIDA配体的性质成功设计出2-BMIDA丙烯醛底物,其在光催化作用下,能够与烷基三氟硼酸盐及α-氨基酸这类自由基前体底物发生自由基加成反应,高效合成α-硼基醛和含硼杂环化合物。该反应具有条件温和、官能团兼容性强、底物范围广等特点。
Jiang-Tao Li, Gang Fang, Guan-Yu Wu, and Chun-Xiang Zhuo*
参考文献:
4. Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 14245-14249
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