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恭喜陶香长在《Chemical Science》上发表自由基型硼迁移反应研究进展

2022-01-27

自由基型硼迁移反应研究进展

重排反应,可以在分子内的实现化学键的断裂和形成。因其与生俱来的魅力和在骨骼重建方面的广泛实践而引起有机化学家的兴趣。经典的离子型命名反应,如 PinacolFavorskiiBeckmannClaisen Smiles 重排,涉及碳骨架的重新构筑。相比之下,杂原子移的重排反应例子相对较少。例如,布鲁克重排和 Doyle-Kirmse 反应涉及甲硅烷基和硫醇基团的迁移。另一方面,芳基、氰基、基和羰基迁移的最新进展得到充分证明,可用于通过自由基途径构建新的 C-C 键。而自由基迁移化学,可以在温和的条件下构建特殊的硼酸化合物引起了有机化学家的广泛关注。BateySmil报道了自由基型硼1-2移的第一个例子。近期,Aggarwal Studer也分别报道了自由基型1-2硼迁移的实例(图1A1B而对于1-3硼迁移过程,目前在理论研究已经得出结论,1-3硼迁移在热力学上是不利的,并且在实验上是不可实现的

Fig. 1. Radical promoted boron shift chemistry.

南大教授课题组近期在自由基硼化学上取得了一系列研究进展(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 21875-21879 Nat. Commun. 2020, 11, 2572Org. Lett. 2021, 23, 14, 5410–5414)。近期,该课题组描述了一种间接的自由基1-3硼迁移过程该过程将烯丙基硼酸酯的两次的1,2-硼迁移和芳基酰基自由基的 Smiles型重排合并以生成芳基γ-硼酸酯(图1C)。此外,这种硼行走方法可以进一步扩展,通过改变条件可以实现去芳构化产物的形成以及其他类型的自由基前体的反应相关成果发表于Chemical Science

在对溶剂,光催化剂以及添加剂的优化后,在最优的条件下作者探索了各种芳基磺酸钠和烯丙基硼酸酯的底物兼容性(图2。带有吸电子或给电子基团的芳基磺酸盐以中等至良好的产率(3b-3l25-87%)提供所需的1,3-移产物。杂芳烃3m与反应条件相容,由于噻吩的电子效应收率不高作者还研究了具有各种取代的烯丙基硼酸。此外,使用稳定的苄基自由基前体(R1 = ArR2 = H也被证明了这种硼酸酯的1-3转移是可以实现的。

                           Fig. 2. Scope of the 1,3-boron shift.                                                                                       Fig. 3. Substrate scope of dearomatized products.

随后,作者还通过对反应溶剂和光催化的改变还可以实现一系列去芳构化产物的合成。如图4所示,四氢噻吩砜4a82%的产率获得,具有优异的非对映选择性(> 20:1,绝对构型通过 XRD 分析得到证实)。类似地,为了进一步考察反应的适应性,作者考察了多种底物,以27%-86%得到一系列的去芳构化的产物4b-4n且均有良好的非对映选择性。

为了更好地了解反应途径,作者添加了催化量的苯硫酚来淬灭由烯丙基硼酸 1-2硼迁移产生的叔自由基(图 5)。同时也发现各种芳香族底物,无论其电子特性如何,都可以得到相应的1,2-双官能化产物 (5a-5j)。此外,其他杂原子自由基前体可以被耐受以构建 C-PC-SiC-S键。例如,磷酸和二苯甲基硅烷分别以 60% 82% 的产率提供 5k 5lβ-硼酸盐产物。硫醇衍生物在与未移位产物5m'的混合物中以 35% 的收率提供硫醇化硼酸盐5m

Fig. 4. Scope of 1,2-boron shift.

基于上述结果,作者提出了一种可能机理(图6)。首先,光催化剂被光激活至激发态,并与芳基磺酸盐进行单电子转移 (SET) 以产生砜自由基int Iint I与烯丙基硼酸酯发生自由基加成产生二碳自由基 int II,随后发生第一次1-2移产生叔碳自由基int III这时候int III可以根据不同的条件经历不同的途径。在条件A下,int III发生5-exo-trig 环化,然后是Smiles型重排,得到 int IVint IV通过降解释放 SO2并且发生第二个 1,2-得到β-碳自由基int V。接下来, int VCHCl3发生氢原子转移 ( HAT) 过程最终得到1,3-换产物3 •CCl3(详见 SI 中的氘化实验)。最后,三氯甲基自由基与PC•-进行SET以关闭光催化循环。而在条件B下,叔自由基 int III 可以进行 6-exo-trig 环化以提供脱芳构化产物4。在条件C下,自由基int III与苯硫酚发生HAT以形成1,2-双官能化产物5

Fig. 5. Plausible mechanism for 1,3- and 1,2-boron migrations.


本文第一作者为2019级博士研究生陶香长,该工作得到国家自然科学基金(2177208521971107 22071101)、南京大学先进微结构协同创新中心江苏省先进有机材料重点实验室的大力支持

文章链接:https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2022/SC/D1SC06760E

恭喜陶香长在《Chemical Science》上发表自由基型硼迁移反应研究进展

2022-01-27

自由基型硼迁移反应研究进展

重排反应,可以在分子内的实现化学键的断裂和形成。因其与生俱来的魅力和在骨骼重建方面的广泛实践而引起有机化学家的兴趣。经典的离子型命名反应,如 PinacolFavorskiiBeckmannClaisen Smiles 重排,涉及碳骨架的重新构筑。相比之下,杂原子移的重排反应例子相对较少。例如,布鲁克重排和 Doyle-Kirmse 反应涉及甲硅烷基和硫醇基团的迁移。另一方面,芳基、氰基、基和羰基迁移的最新进展得到充分证明,可用于通过自由基途径构建新的 C-C 键。而自由基迁移化学,可以在温和的条件下构建特殊的硼酸化合物引起了有机化学家的广泛关注。BateySmil报道了自由基型硼1-2移的第一个例子。近期,Aggarwal Studer也分别报道了自由基型1-2硼迁移的实例(图1A1B而对于1-3硼迁移过程,目前在理论研究已经得出结论,1-3硼迁移在热力学上是不利的,并且在实验上是不可实现的

Fig. 1. Radical promoted boron shift chemistry.

南大教授课题组近期在自由基硼化学上取得了一系列研究进展(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 21875-21879 Nat. Commun. 2020, 11, 2572Org. Lett. 2021, 23, 14, 5410–5414)。近期,该课题组描述了一种间接的自由基1-3硼迁移过程该过程将烯丙基硼酸酯的两次的1,2-硼迁移和芳基酰基自由基的 Smiles型重排合并以生成芳基γ-硼酸酯(图1C)。此外,这种硼行走方法可以进一步扩展,通过改变条件可以实现去芳构化产物的形成以及其他类型的自由基前体的反应相关成果发表于Chemical Science

在对溶剂,光催化剂以及添加剂的优化后,在最优的条件下作者探索了各种芳基磺酸钠和烯丙基硼酸酯的底物兼容性(图2。带有吸电子或给电子基团的芳基磺酸盐以中等至良好的产率(3b-3l25-87%)提供所需的1,3-移产物。杂芳烃3m与反应条件相容,由于噻吩的电子效应收率不高作者还研究了具有各种取代的烯丙基硼酸。此外,使用稳定的苄基自由基前体(R1 = ArR2 = H也被证明了这种硼酸酯的1-3转移是可以实现的。

                           Fig. 2. Scope of the 1,3-boron shift.                                                                                       Fig. 3. Substrate scope of dearomatized products.

随后,作者还通过对反应溶剂和光催化的改变还可以实现一系列去芳构化产物的合成。如图4所示,四氢噻吩砜4a82%的产率获得,具有优异的非对映选择性(> 20:1,绝对构型通过 XRD 分析得到证实)。类似地,为了进一步考察反应的适应性,作者考察了多种底物,以27%-86%得到一系列的去芳构化的产物4b-4n且均有良好的非对映选择性。

为了更好地了解反应途径,作者添加了催化量的苯硫酚来淬灭由烯丙基硼酸 1-2硼迁移产生的叔自由基(图 5)。同时也发现各种芳香族底物,无论其电子特性如何,都可以得到相应的1,2-双官能化产物 (5a-5j)。此外,其他杂原子自由基前体可以被耐受以构建 C-PC-SiC-S键。例如,磷酸和二苯甲基硅烷分别以 60% 82% 的产率提供 5k 5lβ-硼酸盐产物。硫醇衍生物在与未移位产物5m'的混合物中以 35% 的收率提供硫醇化硼酸盐5m

Fig. 4. Scope of 1,2-boron shift.

基于上述结果,作者提出了一种可能机理(图6)。首先,光催化剂被光激活至激发态,并与芳基磺酸盐进行单电子转移 (SET) 以产生砜自由基int Iint I与烯丙基硼酸酯发生自由基加成产生二碳自由基 int II,随后发生第一次1-2移产生叔碳自由基int III这时候int III可以根据不同的条件经历不同的途径。在条件A下,int III发生5-exo-trig 环化,然后是Smiles型重排,得到 int IVint IV通过降解释放 SO2并且发生第二个 1,2-得到β-碳自由基int V。接下来, int VCHCl3发生氢原子转移 ( HAT) 过程最终得到1,3-换产物3 •CCl3(详见 SI 中的氘化实验)。最后,三氯甲基自由基与PC•-进行SET以关闭光催化循环。而在条件B下,叔自由基 int III 可以进行 6-exo-trig 环化以提供脱芳构化产物4。在条件C下,自由基int III与苯硫酚发生HAT以形成1,2-双官能化产物5

Fig. 5. Plausible mechanism for 1,3- and 1,2-boron migrations.


本文第一作者为2019级博士研究生陶香长,该工作得到国家自然科学基金(2177208521971107 22071101)、南京大学先进微结构协同创新中心江苏省先进有机材料重点实验室的大力支持

文章链接:https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2022/SC/D1SC06760E