【方法学】Aggarwal《Nature》无金属光诱导!烷烃C(sp3)–H硼化
引言
硼酸及其衍生物是化学科学中最有用的试剂之一,其应用范围涉及制药、农用化学品和功能材料。
催化硼化是将这些硼和其他硼基团引入有机分子的一种有力方法,因为它可以直接使原料化学品的碳氢键官能团化,而不需要底物预活化。这些反应传统上依赖于贵金属催化剂来裂解C-H键,因此,硼化反应在芳香族C(sp2)-H键具有很高的选择性,在脂肪族C(sp3)-H键上反应较少
这种方法的优点是通过取代普遍存在的碳氢键,将合成有价值的硼引入固有的不反应的原料化学品中
作者设想了一个替代的C(sp3) -H硼化策略:通过氢原子转移(HAT):
在这里,C-H键是通过与杂原子中心的自由基(X·)而不是金属催化剂的分子间反应裂解的,随后生成的烷基自由基中间体对二硼试剂进行均溶取代,形成C-B键。
在这里,报道了使用氯作为HAT催化剂,进行光诱导的硼化非激活的C(sp3)-H键。使用自由基介导的策略,可以使广泛的功能化烷烃在温和的条件下(环境温度,紫光照射)进行硼化,并规避了过渡金属催化硼化所固有的高C(sp2)-H选择性。此外,N-烷氧基酞酰亚胺氧化剂的直接光激发使这些反应在没有金属催化剂的情况下发生,因此提供了室温和无金属的C(sp3) -H键硼化。
最初的C-H硼化设计方案的灵感来自于N-羟基酞酰亚胺酯1与双(儿茶酚)二硼2,B2(cat)2的脱羧硼化:
在此过程中,蓝光照射下的光诱导电子转移(PET)提供了邻苯二酰亚胺自由基阴离子中间体3。
在脂肪族酯(R1 =烷基)中,脱羧裂解生成邻苯二酰亚胺阴离子4和烷基自由基5,并与B2(cat)2反应生成硼化酯6
如果用N-烷氧基邻苯二酰亚胺代替酯1:
通过N-O键断裂的自由基中间体8将产生一个高度活性的氧中心自由基(9),该自由基能够通过HAT裂解强的C(sp3) -H键。9与烷烃10 (R2 =烷基)之间的分子间HAT生成醇11和烷基自由基12,并与B2(cat)2反应迅速硼化,得到C-H硼化产物13
探索与优化
假设以氧为中心的自由基9的性质对成功实现反应至关重要。生产碳氢硼键, 自由基9必须具备以下性质:
(1)稳定β烷基自由基碎片,
(2)是亲电试剂,因此有利于反应与带一个负电荷的脂肪族氢原子就直接反应的亲电硼原子2,
(3)形成强的O-H键(键能 > 100千卡摩尔−1),从而允许进行碳(sp3) -H键的硼化
底物拓展
机理