铜催化芳香醛和酮的氢硼化转化合成苄基硼酸酯类化合物

王露 孙威 刘超

引用本文: 王露,  孙威,  刘超. 铜催化芳香醛和酮的氢硼化转化合成苄基硼酸酯类化合物[J]. 催化学报, 2018, 39(11): 1725-1729. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63139-0 shu
Citation:  Lu Wang,  Wei Sun,  Chao Liu. Cu-catalyzed deoxygenative gem-hydroborylation of aromatic aldehydes and ketones to access benzylboronic esters[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(11): 1725-1729. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63139-0 shu

铜催化芳香醛和酮的氢硼化转化合成苄基硼酸酯类化合物

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(91745110,21673261,21603245,21633013,21703265);中科院兰州化物所“特聘人才”计划;中科院青年促进会(2018458);中国化学会青年人才托举工程项目;中科院“西部之光”人才项目.

摘要: 有机硼化合物广泛应用于合成化学、药物化学以及材料化学等领域,开发新颖实用的方法合成有机硼化合物是重要的研究领域.在各种有机硼化合物中,苄基硼酸酯有着一些特有的性质,例如活性相对较高,可以有效地当作苄基化试剂使用.目前已有多种合成苄基硼酸酯的方法,主要集中在苄基格氏试剂或者锂试剂的硼化反应,但是该方法底物兼容性较差,而且苄基格氏试剂或者锂试剂的制备比较困难.随着催化反应的发展,过渡金属(如Pd,Cu,Ni,Fe)催化苄基卤代物的硼化反应及芳基卤代物和1,1-二硼类化合物的偶联反应能够有效地合成这类化合物.一级苄醇在钯或铜的催化作用下也可以转化为苄基硼酸酯.苄基C-H键的催化硼化是潜在的构建苄基硼酸酯的高原子经济性的方法,但目前其选择性和反应活性仍不高.在无金属催化的条件下,对甲苯磺酰腙类化合物与HBpin或B2pin2发生1,2-金属迁移是合成苄基硼酸酯的有效方法.到目前为止,虽然有很多种合成苄基硼酸酯的方法,但仍无法满足其合成需求,因此开发新型的方法合成苄基硼酸酯具有重要的意义.
本文开发了一种新型的铜催化芳香醛/酮类化合物的脱氧氢硼化转化体系.使用廉价易得的铜作为催化剂,叔丁醇钠或者叔丁醇钾作为碱,醇质子作为氢源,在100℃的条件下,芳香醛和芳香酮可直接转化成一级和二级苄基硼酸酯类化合物,该反应操作简单,反应体系可以兼容多种官能团,分离产率在21%-77%之间.反应机理方面,该转化有两种可能的过程,(1)反应体系中首先生成1,1-偕二硼化合物,该化合物在碱和EtOH的作用下发生脱硼质子解,最终转化成苄基单硼化合物;(2)醇质子转化成负氢物种,并与体系中的a-OBpin硼酸酯生成四配位硼,发生1,2-迁移后得到目标产物.
为了验证上述两种反应途径的可行性,我们进行了一系列的控制试验.首先合成了苯乙酮的1,1-二硼化合物,在催化量碱与当量醇的作用下,以99%的收率得到了脱硼质子解的产物,说明1,1-二硼化合物可以在反应体系中转化成苄基单硼化合物.以苯甲醛作为原料合成了a-OBpin硼酸酯,首先将其投入到甲醇、叔丁醇钠和B2pin2的体系中,最终得到了47%的苄基单硼;同时将a-OBpin硼酸酯投入到HBpin与叔丁醇钠的体系中,得到了57%的苄基单硼化合物,说明第二种反应过程通过1,2-迁移得到目标产物也是可行的.在当前的实验条件下,两种反应路径都是可能的.

English

    1. [1] D. G. Hall, Boronic Acids:Preparation and Applications in Organic Synthesis, Medicine and Materials, 2nd completely rev. ed., Wiley-VCH, Weinheim, 2011.

    2. [2] D. H. Tan, E. Lin, W. W. Ji, Y. F. Zeng, W. X. Fan, Q. Li, H. Gao, H. Wang, Adv. Synth. Catal., 2018, 360, 1032-1037.

    3. [3] Q. Liu, B. Tian, P. Tian, X. Tong, G. Q. Lin, Chin. J. Org. Chem., 2015, 35, 1-14.

    4. [4] Y. Qin, W. Xu, C. Hu, S. Liu, Q. Zhao, Chin. J. Inorg. Chem., 2017, 33, 1705-1721.

    5. [5] J. Yang, Z. Li, S. Zhu, Chin. J. Org. Chem., 2017, 37, 2481-2497.

    6. [6] Z. Yang, T. Cao, Y. Han, W. Lin, Q. Liu, Y. Tang, Y. Zhai, M. Jia, W. Zhang, T. Zhu, S. Ma, Chin. J. Chem., 2017, 35, 1251-1262.

    7. [7] Y. Yasu, T. Koike, M. Akita, Adv. Synth. Catal., 2012, 354, 3414-3420.

    8. [8] F. Lima, M. A. Kabeshov, D. N. Tran, C. Battilocchio, J. Sedelmeier, G. Sedelmeier, B. Schenkel, S. V. Ley, Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 14085-14089.

    9. [9] K. Miyazawa, Y. Yasu, T. Koike, M. Akita, Chem. Commun., 2013, 49, 7249-7251.

    10. [10] R. D. Grigg, J. W. Rigoli, R. Van Hoveln, S. Neale, J. M. Schomaker, Chem. Eur. J., 2012, 18, 9391-9396.

    11. [11] J. C. Tellis, D. N. Primer, G. A. Molander, Science, 2014, 345, 433-436.

    12. [12] G. A. Molander, N. Ellis, Acc. Chem. Res., 2007, 40, 275-286.

    13. [13] V. Bagutski, T. G. Elford, V. K. Aggarwal, Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 1080-1083.

    14. [14] A. Bej, D. Srimani, A. Sarkar, Green Chem., 2012, 14, 661-667.

    15. [15] A. Pelter, K. Smith, H. C. Brown, Borane reagents, Academic Press, Newyork, 1998.

    16. [16] S. K. Bose, S. Brand, H. O. Omoregie, M. Haehnel, J. Maier, G. Bringmann, T. B. Marder, ACS Catal., 2016, 6, 8332-8335.

    17. [17] C. T. Yang, Z. Q. Zhang, H. Tajuddin, C. C. Wu, J. Liang, J. H. Liu, Y. Fu, M. Czyzewska, P. G. Steel, T. B. Marder, L. Liu, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 528-532.

    18. [18] T. C. Atack, R. M. Lecker, S. P. Cook, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 9521-9523.

    19. [19] A. S. Dudnik, G. C. Fu, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 10693-10697.

    20. [20] J. Hu, H. Sun, W. Cai, X. Pu, Y. Zhang, Z. Shi, J. Org. Chem., 2016, 81, 14-24.

    21. [21] A. Giroux, Tetrahedron Lett., 2003, 44, 233-235.

    22. [22] R. B. Bedford, P. B. Brenner, E. Carter, T. Gallagher, D. M. Murphy, D. R. Pye, Organometallics, 2014, 33, 5940-5943.

    23. [23] K. Endo, T. Ohkubo, M. Hirokami, T. Shibata, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 11033-11035.

    24. [24] K. Endo, T. Ohkubo, T. Shibata, Org. Lett., 2011, 13, 3368-3371.

    25. [25] L. C. Cui, Z. Q. Zhang, X. Lu, B. Xiao, Y. Fu, RSC Adv., 2016, 6, 51932-51935.

    26. [26] L. Mao, K. J. Szabó, T. B. Marder, Org. Lett., 2017, 19, 1204-1207.

    27. [27] Z. C. Cao, F. X. Luo, W. J. Shi, Z. J. Shi, Org. Chem. Front., 2015, 2, 1505-1510.

    28. [28] S. H. Cho, J. F. Hartwig, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 8157-8160.

    29. [29] M. A. Larsen, C. V. Wilson, J. F. Hartwig, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8633-8643.

    30. [30] W. N. Palmer, J. V. Obligacion, I. Pappas, P. J. Chirik, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 766-769.

    31. [31] A. J. MacNair, C. R. P. Millet, G. S. Nichol, A. Ironmonger, S. P. Thomas, ACS Catal., 2016, 6, 7217-7221.

    32. [32] J. V. Obligacion, P. J. Chirik, Org. Lett., 2013, 15, 2680-2683.

    33. [33] M. L. Scheuermann, E. J. Johnson, P. J. Chirik, Org. Lett., 2015, 17, 2716-2719.

    34. [34] X. Chen, Z. Cheng, Z. Lu, Org. Lett., 2017, 19, 969-971.

    35. [35] D. Noh, H. Chea, J. Ju, J. Yun, Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 6062-6064.

    36. [36] J. Peng, J. H. Docherty, A. P. Dominey, S. P. Thomas, Chem. Commun., 2017, 53, 4726-4729.

    37. [37] J. Huang, W. Yan, C. Tan, W. Wu, H. Jiang, Chem. Commun., 2018, 54, 1770-1773.

    38. [38] H. Li, L. Wang, Y. Zhang, J. Wang, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 2943-2946.

    39. [39] D. Shi, L. Wang, C. Xia, C. Liu, Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 10318-10322.

    40. [40] L. Wang, T. Zhang, W. Sun, Z. He, C. Xia, Y. Lan, C. Liu, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 5257-5264.

    41. [41] A. G. Campaña, R. E. Estévez, N. Fuentes, R. Robles, J. M. Cuerva, E. Buñuel, D. Cárdenas, J. E. Oltra, Org. Lett., 2007, 9, 2195-2198.

    42. [42] T. Bolaño, M. A. Esteruelas, M. P. Gay, E. Oñate, I. M. Pastor, M. Yus, Organometallics, 2015, 34, 3902-3908.

    43. [43] S. P. Cummings, T. N. Le, G. E. Fernandez, L. G. Quiambao, B. J. Stokes, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 6107-6110.

    44. [44] W. Ding, Q. Song, Org. Chem. Front., 2016, 3, 14-18.

    45. [45] H. Lu, Z. Geng, J. Li, D. Zou, Y. Wu, Y. Wu, Org. Lett., 2016, 18, 2774-2776.

    46. [46] D. P. Ojha, K. Gadde, K. R. Prabhu, Org. Lett., 2016, 18, 5062-5065.

    47. [47] Q. Xuan, Q. Song, Org. Lett., 2016, 18, 4250-4253.

    48. [48] W. Kong, Q. Wang, J. Zhu, Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 3987-3991.

    49. [49] Q. Xuan, C. Zhao, Q. Song, Org. Biomol. Chem., 2017, 15, 5140-5144.

    50. [50] M. L. McIntosh, C. M. Moore, T. B. Clark, Org. Lett., 2010, 12, 1996-1999.

    51. [51] H. Zhao, M. Tong, H. Wang, S. Xu, Org. Biomol. Chem., 2017, 15, 3418-3422.

    52. [52] D. S. Laitar, E. Y. Tsui, J. P. Sadighi, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 11036-11037.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  10
  • 文章访问数:  1678
  • HTML全文浏览量:  252
文章相关
  • 收稿日期:  2018-06-13
  • 修回日期:  2018-07-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章