烯基硼酸酯作為重要合成子被廣泛用于Suzuki-Miyaura偶聯(lián)、Petasis反應(yīng)、共軛加成等反應(yīng)中，而烯基金屬試劑的硼化已廣泛用于選擇性制備這些化合物。末端炔烴的非催化加氫硼化通常得到具有β(E)-選擇性的反馬氏產(chǎn)物。目前，研究人員已發(fā)現(xiàn)，各種金屬催化劑用于末端炔烴的選擇性加氫硼化可以分別得到β(E)-和β(Z)-烯基硼酸酯。然而，通過末端炔烴的硼氫化合成α-烯基硼酸酯的研究鮮有報(bào)道。2011年，Hoveyda課題組利用NHC-Cu催化可以中等至優(yōu)異的α-選擇性實(shí)現(xiàn)B2pin2對末端炔烴的質(zhì)子硼化。隨后，Yoshida課題組通過1,8-二氨基萘（dan）作為硼保護(hù)基實(shí)現(xiàn)相同的轉(zhuǎn)化且區(qū)域選擇性更好。后來，Prabhu課題組發(fā)現(xiàn)鈀催化劑可以促進(jìn)末端炔烴的質(zhì)子硼化，并具有中等至優(yōu)異的馬氏選擇性。盡管上述方法可以通過銅或鈀催化的質(zhì)子硼化途徑得到α-烯基硼酸酯，但二硼試劑會導(dǎo)致化學(xué)計(jì)量的副產(chǎn)物，從而降低原子經(jīng)濟(jì)性。
與質(zhì)子硼化相比，通過氫硼烷對炔烴進(jìn)行金屬催化的選擇性加氫硼化提供了一種制備α-烯基硼酸酯的原子經(jīng)濟(jì)性方法。然而，該方法存在諸多挑戰(zhàn)：1）由于空間和電性因素，將末端炔烴插入金屬氫化物中通常會在末端碳上產(chǎn)生含金屬的中間體；2）反馬氏選擇性硼氫化產(chǎn)物的內(nèi)在背景反應(yīng)可能會降低區(qū)域選擇性；3）在金屬氫化物的存在下，炔烴加氫、雙重硼氫化和異構(gòu)化等副反應(yīng)可能占主導(dǎo)地位。近年來，氫化鈷催化顯示出對各種有機(jī)轉(zhuǎn)化的獨(dú)特反應(yīng)性和選擇性。近日，浙江大學(xué)陸展課題組開發(fā)了一種鈷催化的末端炔烴與HBpin之間的α-選擇性硼氫化反應(yīng)，用于合成支鏈烯基硼酸酯，具有良好的區(qū)域選擇性和官能團(tuán)耐受性，該成果發(fā)表于近期Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.202012164）。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
首先，作者以1-(叔丁基)-4-乙炔基苯1a作為模型底物、4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷（HBpin）2a作為硼源進(jìn)行研究（Table 1）。室溫下，在5 mol% Co(OAc)2和6 mol% L1的THF中，底物可以84%的收率得到烯基硼酸酯（70/30 b/l）。通過對配體考察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用N-(惡唑啉基苯基)喹啉-2-甲酰胺（L6，OPQC）時(shí)，區(qū)域選擇性最佳（93/7 b/l）。此外，將反應(yīng)時(shí)間延長至24 h，可以確保底物完全轉(zhuǎn)化。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
在最優(yōu)化的條件下，作者考察了底物范圍（Table 2）。各種炔烴包括富電子和缺電子的底物均可以順利進(jìn)行反應(yīng)得到各種支鏈烯基硼酸酯。含對、間或鄰甲基取代基的苯乙炔可以良好的區(qū)域選擇性得到支鏈產(chǎn)物。其中，底物位阻更大時(shí)，收率略有降低，但區(qū)域選擇性提高。苯環(huán)上含多個(gè)取代基的末端炔烴、稠合環(huán)和雜環(huán)也可以良好的收率和區(qū)域選擇性轉(zhuǎn)化為支鏈烯基硼酸酯。此外，作者研究了各種官能團(tuán)，受保護(hù)的醇、醚、硫化物、鹵化物、腈和酯均可以耐受。脂肪族末端炔烴和烯基取代的末端炔烴也可以進(jìn)行此轉(zhuǎn)化得到支鏈烯基硼酸酯，作為主要產(chǎn)物，但區(qū)域選擇性略低。此外，該轉(zhuǎn)化還適合復(fù)雜分子的后期官能團(tuán)化。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
該反應(yīng)在室溫下可以克級規(guī)模進(jìn)行得到3a（70%，92/8 b/l，eq 1）。為了展示α-烯基硼酸酯的實(shí)用性，3a可以分別轉(zhuǎn)化為烯基疊氮化物（eq 2）或1,1-二芳基烯烴（eq 3）；間位含溴原子的烯基硼酸酯經(jīng)Suzuki-Miyaura偶聯(lián)可以構(gòu)建環(huán)狀三聚體化合物（eq 4）。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
為了闡明可能的反應(yīng)途徑，作者進(jìn)行了對照實(shí)驗(yàn)。在自由基清除劑（如BHT或1,1-二苯乙烯）存在下，炔烴的硼氫化可以順利進(jìn)行，表明該轉(zhuǎn)化未涉及自由基過程。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，將氘標(biāo)記炔烴8與HBpin進(jìn)行氘代實(shí)驗(yàn)可以得到四個(gè)烯基硼酸酯（eq 5）。將反應(yīng)時(shí)間縮短至20 min后，仍未觀察到苯乙炔，可以排除炔烴與HBpin之間的H-D交換（eq 6）。用DBpin與烯基硼酸酯（3b）反應(yīng)可以得到氘代烯基硼酸酯，表明該產(chǎn)物可能通過插入Co-H，再經(jīng)β-H消除得到氘代烯基硼酸酯（eq 7）。盡管未能獲得L6·Co(OAc)2的單晶，但L6·CoBr的單晶X射線衍射表明形成不對稱的NNN三齒鈷絡(luò)合物。當(dāng)用L6·CoBr催化時(shí)，1b與HBpin未發(fā)生反應(yīng)；而加入NaOAc后，可以反應(yīng)產(chǎn)生3b（76%，92/8 b/l，eq 8）。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
基于實(shí)驗(yàn)研究和文獻(xiàn)報(bào)道，作者提出了可能的反應(yīng)機(jī)理（Scheme 5）：Co(OAc)2與L6和HBpin反應(yīng)產(chǎn)生氫化鈷A后，與炔烴配位，然后將末端炔烴插入氫化鈷鍵中生成α-選擇性烯基鈷C。隨后，C與HBpin進(jìn)行σ鍵復(fù)分解再生A并生成相應(yīng)的烯基硼酸酯。氫化鈷將插入烯基硼酸酯中，再消除β-H生成產(chǎn)物。然而，不能排除C和E之間的Crabtree-Ojima型異構(gòu)化。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
結(jié)語：
浙大陸展課題組報(bào)道了鈷催化下末端炔烴與HBpin的馬氏選擇性加氫硼化反應(yīng)，該反應(yīng)可以良好的原子經(jīng)濟(jì)性和官能團(tuán)耐受性得到支鏈烯基硼酸酯。研究發(fā)現(xiàn)，不對稱的NNN三齒配體OPQC可通過金屬氫化物中間體有效地促進(jìn)獨(dú)特的末端炔烴的馬氏選擇性插入。
