硼酸酯類化合物在材料、藥物以及化工合成中均有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的合成方法主要是以鋰試劑或者格式試劑為原料,其缺點是很多敏感性官能團(tuán)受限。近年來,利用過渡金屬金屬催化偶聯(lián)或者自由基偶聯(lián)方法制備硼酸酯類化合物受到人們關(guān)注,其具有底物范圍廣、官能團(tuán)兼容性高等優(yōu)點。這其中,通過對惰性官能團(tuán)進(jìn)行選擇性切斷硼化是該領(lǐng)域的研究熱點。由于硼化學(xué)的多樣性,將這些惰性化學(xué)鍵轉(zhuǎn)化為硼酸酯后,就賦予這些惰性官能團(tuán)多樣化的轉(zhuǎn)化途徑。
我院配位化學(xué)國家重點實驗室史壯志教授課題組在惰性化學(xué)鍵選擇性切斷硼化領(lǐng)域取得一系列成果。2016年,該課題組實現(xiàn)芳香酰胺的選擇性C-N鍵活化,脫羰基硼化反應(yīng)(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 8718.),芳香羧酸酯的選擇性C-O鍵活化,脫羰基硼化反應(yīng)(ACS Catal. 2016, 6, 6692. )。2017年,利用協(xié)二氟烯烴C-F活化硼化立體專一性地構(gòu)建順式單氟烯烴(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13342. )。今年,該團(tuán)隊又實現(xiàn)了含三氟甲基烯烴的銅催化不對稱C-F活化硼化反應(yīng),高立體選擇性的合成了一系列含硼酸酯的偕二氟烯烴類化合物(Chem. 2018. 4, 2201. )。
胺類化合物在自然界中大量存在,由于其鍵能很大,傳統(tǒng)意義上很難作為離去基團(tuán)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。該課題組早期在芳香胺的C-N硼化反應(yīng)(J. Org. Chem. 2016, 81, 14. )的已取得進(jìn)展,但是對于脂肪胺的C-N硼化反應(yīng)一直未取得成功。我院黎書華教授課題組近期發(fā)現(xiàn)的吡啶類路易斯堿參與硼-硼鍵活化產(chǎn)生穩(wěn)定硼自由基(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5985; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3904; Chem. Sci. 2018, 9, 3664.),其理論研究和相關(guān)應(yīng)用引起人們的廣泛關(guān)注。通過兩個課題組間的合作,如何進(jìn)行脂肪胺的C-N硼化反應(yīng)這一難題得到巧妙的解決。他們所使用的策略是將脂肪胺轉(zhuǎn)化成氧化性的Katritzky吡啶鹽,以降低C-N鍵的離解能(圖一)。
圖1. 路易斯堿促進(jìn)脂肪胺的C-N硼化反應(yīng)
通過理論計算,聯(lián)吡啶類路易斯堿dtbpy與聯(lián)硼B(yǎng)2cat2的配合物可以作為還原劑,通過單電子轉(zhuǎn)移將吡啶鹽C-N鍵切斷,產(chǎn)生烷基自由基,從而與聯(lián)硼B(yǎng)2cat2發(fā)生自由基偶聯(lián)構(gòu)建相關(guān)的烷基硼酸衍生物(圖二)。由于所構(gòu)建的碳硼鍵可以很容易轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的碳碳鍵、碳氧鍵以及其它碳雜鍵, 因此基于硼化學(xué)的多樣性,可以快速、高效地將脂肪胺的C-N鍵轉(zhuǎn)化為其它官能團(tuán)。該成果以“Lewis Base Promoted Selective C-N Borylation of Alkyl Amines”為題發(fā)表在德國應(yīng)用化學(xué)上(Angew. Chem. Int. Ed. 2018,DOI:10.1002/anie.201809608 )。我院胡杰鋒博士和王國強博士為該論文共同第一作者,分別承擔(dān)了實驗和理論計算的工作。
圖2. 中間體理論計算及機理推測
上述研究工作得到了中組部“海外高層次人才計劃”計劃、國家自然科學(xué)基金、江蘇省“雙創(chuàng)計劃”以及配位化學(xué)國家重點實驗室等的經(jīng)費資助。
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