今天給大家推送的研究進展是發(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，作者利用自行設計的帶有環(huán)張力的膦催化劑，實現(xiàn)了硝基甲烷與芳基硼酸的C-N還原偶聯(lián)反應。本文的通訊作者是來自美國麻省理工學院的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反應，是一種比較常見的親核試劑。從方法學發(fā)展的角度，將硝基甲烷作為氮組分參與反應有著不同的化學意義。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，一般是使用當量的硼試劑或者有機金屬試劑將其還原?？紤]到官能團的耐受性問題，結合作者前期膦催化劑的工作（圖 1），作者設計了新的催化循環(huán)（圖 2），在較為溫和的條件下將硝基還原，并實現(xiàn)C-N偶聯(lián)反應的設計。
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。其設計的核心思想，是通過環(huán)的束縛，改變了膦催化劑的電子結構，降低了催化劑的LUMO軌道，同時提高了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，在四元環(huán)中引入取代基，環(huán)構象的改變會更為容易，使得從五價膦向三價膦轉變時，過渡態(tài)所需構象變化的能壘降低，因此反應更容易進行。早期工作是實現(xiàn)了烯丙基溴的還原，同時發(fā)生雙鍵移位。其反應機理為，首先膦上的孤對電子，發(fā)生SN2反應，生成P+物種，隨后體系中的H-給體與P+反應，生成含有5個σ鍵的膦中間體，此時P的價態(tài)為5價。最后，H與雙鍵以類似還原消除的方式，生成目標產物，同時P的氧化態(tài)回到三價。
圖 2作者設計的硝基甲烷還原反應
在本次工作中，作者使用了相同的催化劑來完成反應設計。與之前使用Al-H這種強還原劑不同，作者初步嘗試的條件是使用苯基硅烷這一溫和的還原劑，在經過簡單的條件篩選以后，最優(yōu)條件予以確認。隨后作者進行了相應的底物拓展（圖 3），該反應能夠兼容很多不同的芳基硼酸，且同位素標記實驗證實了的確是硝基甲烷的N參與到了反應當中。具體的擴展部分筆者不再贅述，讀者自行閱讀。反應機理與前期工作類似。
圖 3底物擴展
總結，在本次工作中，作者基于對P化學的理解，設計了全新的小環(huán)張力膦催化劑，實現(xiàn)了硝基甲烷與芳基硼酸的還原C-N鍵偶聯(lián)反應。
作者：TZY 審校：WS
DOI: 10.1021/jacs.0c08035
Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08035
