酮類化合物是有機化學(xué)中重要的結(jié)構(gòu)單元和合成砌塊，盡管有許多方法合成(例如羧酸衍生物與有機金屬試劑的反應(yīng)、過渡金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)、Friedel-Crafts或Mannich反應(yīng))。不斷探索新的方法提高其合成效率從容易獲得的起始原料。醛的C-H功能化就是用C(sp2)-C鍵取代C(sp2)-H鍵。為了使反應(yīng)高效，必須找到好用的試劑，避免使用有毒金屬、繁瑣的添加劑或苛刻的反應(yīng)條件。
醛被廣泛用作酮類合成的起始原料，除了添加親核碳試劑（例如格氏試劑），然后氧化中間體仲醇的經(jīng)典兩步過程之外，醛可通過極性反轉(zhuǎn)產(chǎn)生?；庪x子等價物的化合物轉(zhuǎn)化為酮。近年來，利用?；杂苫?、羰基Heck反應(yīng)和其他相關(guān)過渡金屬催化的加成反應(yīng)以及氫化反應(yīng)使醛類直接合成酮類，越來越受歡迎。然而，這些方法大多依賴于強堿、過渡金屬、輔助配體或苛刻的反應(yīng)條件。而且，它們中的許多被限制為一種特定類型的醛，脂肪族或芳香族。
硼酸是穩(wěn)定的碳親核試劑，由于它的反應(yīng)性活性較低，通常與過渡金屬結(jié)合使用。在無過渡金屬條件下，以硼酸為試劑形成C-C鍵的情況比較少見。然而，硼酸中硼原子上的空軌道與親核試劑的相互作用產(chǎn)生硼酸鹽表現(xiàn)出更強的親核性。硼酸鹽參與由附近親電位引發(fā)的遷移反應(yīng)是硼化學(xué)中最重要的反應(yīng)之一。特別是用氧親核試劑活化硼酸可以將α-羥醛轉(zhuǎn)化為胺。在這個反應(yīng)中，乙烯基或芳基硼酸與羥基的配位生成硼酸中間體，該中間體分子間將其碳基團轉(zhuǎn)移到由醛與伯胺或仲胺相互作用形成的親電亞胺物種上。作者推測，醛類與亞硝基苯相互作用形成的中間體也可以起到類似的作用。康普頓斯大學(xué)Pluridisciplinar研究所Aurelio G. Csáky教授報道了，在硼酸存在下，醛與亞硝基苯的相互作用會導(dǎo)致中間體具有硼酸酯特征，從而能夠通過形成亞胺離子激活醛C-H鍵，在溫和條件下，一鍋法由醛轉(zhuǎn)化為酮通過關(guān)鍵的1,4-硼碳遷移。
在經(jīng)過簡單的條件篩選，作者確定了最佳反應(yīng)條件，反應(yīng)條件為1.5當(dāng)量的烯基硼酸和1.1當(dāng)量的硝基苯在甲苯溶液中室溫83%得到酮。在得到最佳反應(yīng)條件后，作者對底物的普適性進(jìn)行了考察。一系列醛以及硼酸均具有較好的產(chǎn)率。反應(yīng)普適性較好。
隨后作者進(jìn)行了控制實驗來了解反應(yīng)機理。當(dāng)反應(yīng)不加亞硝基苯時，沒有產(chǎn)物生成。沒有硼酸時，醛和亞硝基苯3a也沒有反應(yīng)。在沒有醛的條件下，亞硝基苯3a轉(zhuǎn)化為偶氮苯。中間體52在亞硝基苯3a條件下沒有反應(yīng)，在1,4-苯醌或苯乙烯的存在下反應(yīng)不受抑制，排除了可能由亞硝基苯的氧化還原特性引起的自由基途徑。在無水甲苯脫氣條件下或在氧氣氣氛下進(jìn)行反應(yīng)時，產(chǎn)率沒有變化，排除了反應(yīng)過程中氧氣的參與。苯-d6的中原位1H核磁共振波譜顯示反應(yīng)物芐氧乙醛(1a)，苯乙烯硼酸(2a)和亞硝基苯(3a)緩慢轉(zhuǎn)化為酮4，沒有檢測到任何中間體。對照實驗中使用硼酸酯或類似于硼酸的三氟硼酸鉀，未能產(chǎn)生預(yù)期的酮產(chǎn)物。這說明反應(yīng)中形成親核硼陰離子，此外，關(guān)鍵中間體中硼酸鹽的碳鏈的遷移必須是分子內(nèi)的，因為使用高親核三氟硼酸鹽的類似物時，2a沒有反應(yīng)。用TMSCl或BF3處理三氟硼酸鉀類似物，試圖形成一個更親電的物種(R2BF2)，生成多個無法鑒別的產(chǎn)物。為了進(jìn)一步描述反應(yīng)的機理，更多的光譜和計算研究正在進(jìn)行中。
作者出可能的機理是醛的氧與硼酸的配位可以觸發(fā)亞硝基苯的親核加成，產(chǎn)生低平衡濃度的不穩(wěn)定中間體I，該中間體具有硼酸性質(zhì)，增強了醛中氫原子的酸性。在親核硼酸鹽中心附近環(huán)化生成一個弱親電試劑III，并通過1,4-遷移迅速生成IV，這種胺類中間體在水解后形成最終的酮。
總結(jié)，作者開發(fā)了一種在亞硝基苯存在下，醛可以直接與硼酸在一鍋反應(yīng)轉(zhuǎn)化為酮，條件溫和，不需要過渡金屬。也適用于各種醛類，烯基和芳基硼酸，發(fā)展了一種實用的，可擴展的，以及操作簡便合成酮類化合物的方法。
DOI：10.1002/anie.202015835
