ACS Catalysis:铑催化烯丙位C(sp3)-H和芳基硼试剂的偶联

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    Suzuki-Miyaura偶联是有机合成中最常用的合成联芳基片段的方法之一,在农药化学和药物化学中具有广泛应用。其衍生的boron-Heck反应可利用有机硼化合物实现烯烃的芳基化(Scheme 1A)。相比而言,C(sp2)-C(sp3)键的Suzuki-Miyaura型反应却很少报道,主要原因在于烷基金属物种容易发生β-H消除。其中,烯丙位C(sp3)-H键的芳基化取得了许多进展。目前已发展的方法中,芳基硼试剂与含有离去基团(LG)的预官能化烯烃可以通过底物诱导烯丙基金属物种的形成在烯丙位发生芳基化反应(Scheme 1B)。Sigman及其同事通过钯催化实现了硼酸酯与1,3-二烯的烯丙位氢化芳基化。然而,不使用预官能化烯烃的Suzuki-Miyaura型烯丙位芳基化仍然是一个富有挑战性的课题


(来源:ACS Catalysis


近日,德国明斯特大学Frank Glorius课题组报道了一种温和且适用范围广泛的烯丙位C(sp3)-H芳基化反应,该策略利用烯丙位C-H活化代替烯丙基金属物种的形成,无需使用预官能化的烯烃(Scheme 1C)。相关研究成果发表在ACS Catalysis上(DOI: 10.1021/acscatal.8b04677)。


作者认为,该反应的挑战性在于:(i)过渡金属(TM)、转金属化试剂、烯烃和氧化剂的使用通常导致Heck型产物的形成,因此C(sp3)-H活化/RhIII-烯丙基物种的形成必须优于芳烃的金属转移/迁移插入;(ii)为了避免芳烃自偶联,烯丙位芳基化反应必须比芳烃转金属化/C(sp2)-C(sp3)还原消除快2倍;(iii)催化剂必须能够区分顺式和反式π-烯丙基物种,以保证高度的非对映选择性。


首先,作者(E)-2-戊烯为底物对反应条件进行了筛选。在[Cp*RhCl2]25.0 mol%)、AgSbF630 mol%)和AgOAc3.0当量)存在下,(E)-2-戊烯能够与三(4-氟苯基)环硼氧烷反应,以60%的分离产率和11:1E/Z比获得芳基化产物3aa


随后作者考察了该反应的底物适用性Scheme 2)。吸电子基取代的苯基环硼氧烷反应平稳,可以良好的产率和中等至优异的E/Z比得到所需产物。给电子基如叔丁基(2j)或甲氧基2k)取代的底物可以获得中等产率和优异的E/Z比。对于(E)-4-辛烯,RhIII催化剂的选择性较差,产物为1.4:1的异构体混合物。大空间位阻的三(1-萘基)环硼氧烷(2i)也能以44%的产率形成目标产物。另外,该反应可用于合成带有丙磺舒药物骨架的产物3bm和衍生自苯丙氨酸的芳基化产物3bk。值得注意的是,烯丙位芳基化产物3ag可用于快速制备氟比洛芬Scheme 3)。



(来源:ACS Catalysis


(来源:ACS Catalysis


最后,作者通过动力学同位素效应(KIE)对反应机理进行了研究(Scheme 4A)。实验表明C-H活化不是反应的限速步骤。进一步的氘代标记实验结果显示(Scheme 4B),C-H活化步骤或烯烃与金属中心的配位步骤是不可逆的。通过对添加剂的作用进行研究(Scheme 4C),作者发现AgSbF6可能具有双重作用,Ag+的配位作用弱,因此可以保证快速的卤素提取过程并且促进反应。反应动力学研究表明(Scheme 4D),SbF6-可能会降低转金属化速率并加速烯丙位C-H活化。


(来源:ACS Catalysis


结语:德国明斯特大学Frank Glorius课题组开发了首个未活化烯烃的Suzuki-Miyaura型烯丙位芳基化偶联。该反应可用于合成抗炎药氟比洛芬。



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