今天給大家推送的研究進(jìn)展是發(fā)表在JACS上的工作，題為P(III)/P(V)-Catalyzed Methylamination of Arylboronic Acids and Esters: Reductive C?N Coupling with Nitromethane as a Methylamine Surrogate。在本次研究中，作者利用自行設(shè)計(jì)的帶有環(huán)張力的膦催化劑，實(shí)現(xiàn)了硝基甲烷與芳基硼酸的C-N還原偶聯(lián)反應(yīng)。本文的通訊作者是來自美國麻省理工學(xué)院的Alexander T. Radosevich教授。
硝基甲烷是一種大宗型化工原料，一般用作反應(yīng)溶劑，燃料添加劑等等。由于硝基這一吸電子基的存在，硝基甲烷一般作為一碳組分參與有機(jī)反應(yīng)，是一種比較常見的親核試劑。從方法學(xué)發(fā)展的角度，將硝基甲烷作為氮組分參與反應(yīng)有著不同的化學(xué)意義。由于硝基中的氮原子處于氧化態(tài)，因此早期對于硝基的利用，一般是使用當(dāng)量的硼試劑或者有機(jī)金屬試劑將其還原?？紤]到官能團(tuán)的耐受性問題，結(jié)合作者前期膦催化劑的工作（圖 1），作者設(shè)計(jì)了新的催化循環(huán)（圖 2），在較為溫和的條件下將硝基還原，并實(shí)現(xiàn)C-N偶聯(lián)反應(yīng)的設(shè)計(jì)。
圖 1 早期膦催化劑對烯丙基溴的還原工作
作者前期的工作是使用了帶有環(huán)張力的四元環(huán)膦催化劑。其設(shè)計(jì)的核心思想，是通過環(huán)的束縛，改變了膦催化劑的電子結(jié)構(gòu)，降低了催化劑的LUMO軌道，同時(shí)提高了HOMO軌道，使得膦催化劑具有了兩親性：即好的親核性和好的親電性。同時(shí)，在四元環(huán)中引入取代基，環(huán)構(gòu)象的改變會更為容易，使得從五價(jià)膦向三價(jià)膦轉(zhuǎn)變時(shí)，過渡態(tài)所需構(gòu)象變化的能壘降低，因此反應(yīng)更容易進(jìn)行。早期工作是實(shí)現(xiàn)了烯丙基溴的還原，同時(shí)發(fā)生雙鍵移位。其反應(yīng)機(jī)理為，首先膦上的孤對電子，發(fā)生SN2反應(yīng)，生成P+物種，隨后體系中的H-給體與P+反應(yīng)，生成含有5個(gè)σ鍵的膦中間體，此時(shí)P的價(jià)態(tài)為5價(jià)。最后，H與雙鍵以類似還原消除的方式，生成目標(biāo)產(chǎn)物，同時(shí)P的氧化態(tài)回到三價(jià)。
圖 2作者設(shè)計(jì)的硝基甲烷還原反應(yīng)
在本次工作中，作者使用了相同的催化劑來完成反應(yīng)設(shè)計(jì)。與之前使用Al-H這種強(qiáng)還原劑不同，作者初步嘗試的條件是使用苯基硅烷這一溫和的還原劑，在經(jīng)過簡單的條件篩選以后，最優(yōu)條件予以確認(rèn)。隨后作者進(jìn)行了相應(yīng)的底物拓展（圖 3），該反應(yīng)能夠兼容很多不同的芳基硼酸，且同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證實(shí)了的確是硝基甲烷的N參與到了反應(yīng)當(dāng)中。具體的擴(kuò)展部分筆者不再贅述，讀者自行閱讀。反應(yīng)機(jī)理與前期工作類似。
圖 3底物擴(kuò)展
總結(jié)，在本次工作中，作者基于對P化學(xué)的理解，設(shè)計(jì)了全新的小環(huán)張力膦催化劑，實(shí)現(xiàn)了硝基甲烷與芳基硼酸的還原C-N鍵偶聯(lián)反應(yīng)。
作者：TZY 審校：WS
DOI: 10.1021/jacs.0c08035
Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08035
