正文
(圖片來源:Angew. Chem. Int. Ed.)
鹵代烯烴是藥物化學和化學生物學中的重要結構單元,具有獨特的生物學和物理性質,如代謝穩定性和親脂性。特別是,由于具有相似的鍵長以及與酰胺的電荷分布相似,因此氟代或氯代烯烴是肽的電子等排體(Scheme 1)。除了其生物應用外,鹵代烯烴還被用作化學轉化中的通用中間體,以生成具有價值的有機化合物。因此,開發一種高效合成鹵代烯烴或其類似物的策略,具有重要的意義。
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目前,化學家們已開發了一些合成鹵代硼基烯烴的代表性策略,如炔基鹵化物的硼氫化反應和烯基或炔基硼酸酯的親電鹵化反應。然而,上述策略僅生成氯代、溴代和碘代硼基烯烴。為了合成氟代硼基烯烴,化學家們也開發了銅催化偕-二氟烯烴的單脫氟硼基化反應。2020年,新加坡國立大學吳杰課題組報道了一種可見光誘導NHC-硼烷與偕-二氟烯烴的脫氟硼基化反應。盡管已取得了一定地進展,但現有的方法主要集中于三取代的鹵代硼基烯烴的合成上,對于四取代的鹵代硼基烯烴的合成卻較少有相關的研究,且存在一定的挑戰(Scheme 2a)。近日,韓國浦項科技大學的Seung Hwan Cho課題組報道了一種酮/醛與鹵代二硼基甲烷的Boron-Wittig反應,合成了一系列三/四取代的(Z)-氟/氯代硼基烯烴衍生物(Scheme 2b)。
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最初,通過(二硼甲基)鋰1與親電氟化試劑(NFSI,N-氟代雙苯磺酰胺)在THF溶劑中反應,合成了氟代二硼基甲烷1-F,收率為67%。同時,1-F可用作與酮/醛進行Boron-Wittig反應的偶聯試劑。
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同時,作者以氟代二硼基甲烷1-F與苯乙酮2a作為模型底物,進行了相關Boron-Wittig反應條件的篩選(Scheme 3a)。當以LiTMP(四甲基哌啶鋰)作為堿,LiCl作為添加劑,在THF溶劑中-78 oC反應4 h,可以89%的收率得到四取代的氟代硼基烯烴產物3a,E/Z = 1:99。
為了解釋反應中高(Z)-選擇性的原因,作者提出了一個合理的立體化學模型(Scheme 3b)。首先,通過LiTMP攫取酸性α-C-H鍵生成氟代二硼甲基陰離子。隨后,將該陰離子加成至酮中,生成高度穩定的中間體A。兩個中間體B1和B2 可能在通過C-C鍵旋轉消除B-O之前形成。為了最大限度地減少空間排斥,B-O 消除應優先從B1發生,其中小位阻的氟原子靠近位阻較大的羰基(RL),生成(Z)-氟代硼基烯烴作為主要異構體。當B1中的B-O消除減慢時,很可能是由于二聚鋰配合物的形成,鍵旋轉可以將B1轉化為B2。隨后,從B2中消除B-O生成(E)-氟代硼基烯烴。作者認為,氯化鋰可促進B1中的B-O消除。
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在獲得上述最佳反應條件后,作者對底物范圍進行了擴展(Table 1)。首先,苯乙酮的芳基上含有不同電性的取代基時,均可順利反應,獲得相應的產物3a-3j,收率為48-89%,E/Z為11:89->1:99。2-乙酰噻吩和3-乙酰喹啉也是合適的底物,以中等收率的獲得相應的產物3k和3l'。值得注意的是,由于在硅膠分離過程中不穩定,產物3h'和3l'在-Bpin轉化為-BF3K后被分離出來。同時,一系列脂肪族酮,也能夠順利反應,獲得相應的產物3m-3v',收率為41-90%,E/Z為54:46->1:99。其次,一系列苯甲醛衍生物以及脂肪醛,均與體系兼容,獲得相應的產物4a'-4f',收率為34-77%,E/Z為27:73->1:99。此外,該策略還可用于一系列復雜的分子的后期修飾,如5a'-5f'。
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緊接著,作者發現,當使用氯代二硼基甲烷1-Cl作為底物時,一系列芳基甲基酮和脂肪族酮,均可順利反應,獲得相應的氯代產物6a'-6f',收率為64-94%,E/Z為14:86->1:99(Table 2)。值得注意是,由于帶有-Bpin的氯代硼基烯烴通常在硅膠分離中不穩定,因此在將-Bpin轉化為-BF3K鹽后再進行分離。
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最后,作者對反應的實用性進行了研究(Scheme 4)。首先,5d在NaOMe/Br2條件下反應,可以61%的收率得到(E)-溴代氟代烯烴7。5d通過鈀催化 Suzuki-Miyaura交叉偶聯,可獲得相應的(Z)-氟代硼基烯烴8(收率為88%)和9(收率為84%)(Scheme 4a)。其中,上述產物的E/Z => 1:99。其次,10與1-F進行BW反應后,生成氟代硼基烯烴11(無需分離與純化)。將粗品11直接用于鈀催化的Suzuki-Miyaura偶聯反應,可以兩步68%的總收率得到化合物12(一種視黃酸受體激動劑類似物),E/Z => 1:99(Scheme 4b)。此外,2a與1-Cl進行BW反應,生成氯代硼基烯烴6a(E/Z = 14:86)。將粗品6a直接用于鈀催化的Suzuki-Miyaura反應,通過硅膠色譜分離,可以兩步56%的收率生成氯代烯烴13-Z,E/Z => 1:99。13-Z可與4-氰基苯基硼酸再次進行鈀催化Suzuki-Miyaura交叉偶聯反應,可以53%的收率得到全碳四取代烯烴化合物14(他莫昔芬類似物),E/Z = 98:2。
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總結
韓國浦項科技大學的Seung Hwan Cho課題組報道了一種酮/醛與鹵代二硼基甲烷的Boron-Wittig反應,合成了一系列三/四取代的(Z)-氟/氯代硼基烯烴。同時,該策略具有底物范圍廣泛、收率高、立體選擇性高等特點。此外,通過后期的衍生化實驗,從而進一步證明了反應的實用性。
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