ACS Catal.：化学选择性钯催化芳基硼酸的增碳反应

导读：

近日，英国圣安德鲁斯大学Allan J. B. Watson课题组报道了一种钯催化芳基硼酸的增碳反应（homologation）。其中，Bpin通过α-硼基效应进行了一种非常简单但罕见的氧化加成过程。化学选择性转金属化允许使用这些类金属试剂进行形式的C1插入以生成相应的苄基Bpin产物，且无需使用化学计量的有机金属试剂。相关研究成果发表在ACS Catal.上（DOI: 10.1021/acscatal.3c00921）。

正文：

有机硼化合物是一种具有价值的试剂，可实现各类C-C和C-X键的构建。前期，有机硼化合物已广泛应用于过渡金属催化的交叉偶联反应中，如Suzuki−Miyaura和Chan−Lam偶联反应。现代有机硼化学为试剂、催化剂、添加剂、材料和候选药物提供了更为广泛的反应性。当代合成方法（如光氧化还原催化和C-H活化等）对硼基引入的经典方法（如使用有机金属和硼氢化反应）进行了补充。同时，通过增碳反应可实现复杂有机硼化合物的合成。该方法由Matteson开创，使用类碳宾（carbenoid）作为关键试剂来诱导立体专一性1,2-金属酸盐重排（Scheme 1a）。最近，Jacobsen课题组报道了首例硼酸锂的1,2-金属盐重排的催化不对称方法。然而，目前涉及金属盐重排的反应都需要使用化学计量的有机锂、镁或锌试剂。近日，英国圣安德鲁斯大学Allan J. B. Watson课题组报道了一种化学选择性钯催化芳基硼酸的增碳反应（Scheme 1b）。其中，该策略无需使用化学计量的有机金属试剂，依赖于对卤代甲基有机硼试剂进行相对罕见的氧化加成，并结合化学选择性转金属化的过程。

（图片来源：ACS Catal.）

首先，作者以芳基硼酸衍生物1与BrCH₂Bpin作为模型底物，对反应条件进行了大量的筛选（Table 1）。筛选结果表明，当以Pd(PPh₃)₄作为催化剂，K₃PO₄与H₂O作为添加剂，DCE作为溶剂，在65℃下反应，可以88%的分离收率得到产物3。

（图片来源：ACS Catal.）

在获得上述最佳反应条件后，作者对底物范围进行了扩展（Scheme 2）。研究表明，一系列不同电性取代的芳基和杂芳基硼酸，均可与BrCH₂Bpin顺利进行反应，获得相应的产物3-45，收率为29-95%。然而，一些含有特定官能团（46与47）、杂环（48与49）、苯乙烯（50）和烷基（51）取代的硼酸，未能有效地进行反应。此外，通过将增碳反应、Suzuki−Miyaura偶联反应、溴化反应以及烷基化反应串联结合，可获得生物活性分子联苯苄唑（54）和赛克利嗪（55）。同时，33中的-Cl与-Bpin，可分别进行化学选择性的偶联反应，获得相应的产物56和57。

（图片来源：ACS Catal.）

紧接着，作者对反应机理进行了研究（Scheme 3）。首先，与几种不同的溴化物衍生的亲电试剂相比，在Suzuki-Miyaura与1的偶联中，2-Br与溴苯和苄基溴具有相似的反应性（Scheme 3a）。通过2-Br和（拟）卤代苯之间的竞争性实验表明，2-Br的反应性明显高于氯苯和三氟甲基磺酸苯，反应性低于碘苯，并且表现出与溴苯相似的反应性（Scheme 3b）。其次，在试图确定硼基单元是否会在远离C-B键位点对反应性产生影响时，作者检查了乙基和丙基同源物（Scheme 3c）。不幸的是，目前无法通过任何方法制备1,2-溴乙基Bpin，但可以获得1,3-溴丙基Bpin，其不能够与1进行偶联反应。同时，该反应对酯二醇高度敏感，但对于此反应的过程尚不清楚（Scheme 3d）。而该反应性的缺乏是由于缓慢氧化加成导致（Scheme 3e）。NMR研究证实，2-Br经历了平稳的氧化加成，而将取代引入亚甲基时，没有观察到氧化加成。同时，作者试图通过改变反应条件、配体或预催化剂来改善68-71的氧化加成，但均未成功。

（图片来源：ACS Catal.）

总结：英国圣安德鲁斯大学Allan J. B. Watson课题组报道了一种化学选择性钯催化芳基硼酸的增碳反应。该策略无需使用化学计量的有机金属试剂，依赖于对卤代甲基有机硼试剂进行相对罕见的氧化加成，并结合化学选择性转金属化的过程。

论文信息：

Pd-Catalyzed Organometallic-Free Homologation of Arylboronic Acids Enabled by Chemoselective Transmetalation

Kane A. C. Bastick, Allan J. B. Watson

ACS Catal. DOI: 10.1021/acscatal.3c00921