鏈行走已經(jīng)成為通過過渡金屬催化劑催化烷基鏈遷移，在遠端C(sp3)位置構(gòu)建C-C鍵的有效策略。目前，主要存在兩種未活化烯烴的鏈行走官能團化策略，一種是促進烷基鏈末端位置發(fā)生官能團化，另一種是在與穩(wěn)定基團相鄰的位置發(fā)生官能化（Scheme 1a，paths a and b）。因此，將鏈行走反應的適用范圍擴大到構(gòu)建C-C鍵以外，且能夠?qū)崿F(xiàn)其他C(sp3)-H位點的選擇性官能團化，是化學創(chuàng)新值得努力的方向。
在此之前，Chirik等人出色的工作已經(jīng)表明鈷催化劑能夠促進未活化烯烴發(fā)生鏈行走硼化反應，從而在末端位置或芳基和烷基硼酸的α位形成C(sp3)-B鍵。盡管最近Koh課題組利用π-芐基中間體特殊的穩(wěn)定性實現(xiàn)了苯乙基位點的硼化反應，但是通過鏈行走在較低活化sp3位點利用烷基金屬的穩(wěn)定性來形成C-B鍵的方法還未有報道?；谝陨涎芯?，美國斯克利普斯研究所的Keary M. Engle 教授課題組擴展了不久之前發(fā)表的利用鎢催化劑和雙齒導向基團來控制的異構(gòu)化-烴基化反應，來使鎢催化的C(sp3)-硼化受C(sp3)-H上導向基團的控制以實現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)的鏈行走策略（Scheme 1b）。該方法將在適用范圍和化學選擇性方面補充現(xiàn)有β-硼化方法的缺失。作者認為開發(fā)該催化系統(tǒng)時存在許多挑戰(zhàn)，其中，控制烯烴異構(gòu)化和硼氫化步驟中的區(qū)域選擇性（僅使用弱配位單齒導向基團）尤為困難。
與后過渡金屬相比，低價鎢催化劑具有多種配位幾何結(jié)構(gòu)和較高的Lewis酸度。因此該技術(shù)不僅可以通過提供互補的位置選擇性曲線來擴展鏈行走反應的邊界，而且還可以促進低價鎢催化劑在烯烴功能化中的應用。總而言之，作者最終開發(fā)出了第一個鎢催化烯烴硼氫化反應。
作者首先以1a為模板底物對催化硼化反應的條件進行了優(yōu)化（Table 1）。經(jīng)過一系列篩選實驗后，作者確定以市售的5 mol%的W(MeCN)3(CO)3為催化劑，4當量的HBpin為硼源，可以分離得到91%的單一構(gòu)型的β-區(qū)域異構(gòu)體2a產(chǎn)物，且僅具有最少量的還原副產(chǎn)物。
接下來，作者探究了該反應的底物適用性。如Table 2所示，該反應可以耐受各種N-芳基仲酰胺底物, 并且可以耐受鹵素取代的芳基化合物，且在粗反應混合物中未檢測到C(sp2)-鹵鍵的硼化或還原產(chǎn)物。該發(fā)現(xiàn)顯示出鎢與其他低價過渡金屬的互補選擇性。該反應還可以擴展到叔酰胺和正烷基仲酰胺底物。叔酰胺的應用不僅擴大了可以使用的酰胺的范圍，還表明底物與鎢催化劑的結(jié)合不需要（可去質(zhì)子化的）N-H鍵的存在。此外，將2i的反應放大到5 mmol不會降低產(chǎn)率。該反應還可成功制備在側(cè)鏈上具有額外烯烴的2u和2v產(chǎn)物。二烯底物只進行單官能化，而在第二烯烴上不發(fā)生額外的硼化或競爭性異構(gòu)化。該反應還可以類似地應用于內(nèi)烯底物，如2x所示，盡管產(chǎn)率適中。此外，盡管酯（2v）或酮不能作為導向基團，但游離羧酸可作為導向基團得到2w產(chǎn)物。值得注意的是該反應還能夠以良好的收率和優(yōu)異的非對映選擇性（>20:1）獲得α-支鏈產(chǎn)物2m-p。
更重要的是，當以對映體純的1m（>99% ee）為底物時，可以以高產(chǎn)率獲得單一構(gòu)型的對映體和非對映異構(gòu)體產(chǎn)物2m（Scheme 2）。這表明烯烴異構(gòu)化在β，γ位停止，因為共軛α,β-不飽和酰胺的形成會在2m中消除α-立體中心。盡管存在近端空間位阻，但α,α-gem-二甲基取代產(chǎn)物2p的成功制備，進一步證實了這一觀察結(jié)果。
在Table 1（entry 1）中的條件下，在δ,ε-位置具有側(cè)鏈烯烴的酰胺僅得到8%的目標sp3β-硼化產(chǎn)物，其中大部分為未反應的起始原料和異構(gòu)化的內(nèi)烯副產(chǎn)物。然而，基于鎢催化烯烴異構(gòu)化，使用CuF2和B2Pin2對共軛烯烴進行1,4-加成的方案以中等產(chǎn)率得到了單一構(gòu)型的區(qū)域異構(gòu)體2x產(chǎn)物（Scheme 3）。根據(jù)以上結(jié)果，作者將該方案擴展到其他C-雜原子鍵形成反應。結(jié)果顯示，在相同的反應條件下，類似的硅烷化反應可以發(fā)生（3a）。此外，還利用未優(yōu)化的反應條件以27%的產(chǎn)率實現(xiàn)了氫甲酰化得到了α-選擇性的產(chǎn)物3b。雖然這種區(qū)域選擇性的起源尚不清楚，但它表明硼烷與低價鎢催化劑的反應可能與其他主族金屬氫化物不同，從而為今后的催化工作奠定了基礎(chǔ)。
盡管在優(yōu)化的反應條件下，β-取代的γ,δ-不飽和仲酰胺的產(chǎn)率較低，但在升高溫度，增加HBpin含量的情況下，能夠以40%的收率得到季銨有機硼烷產(chǎn)物3c（Scheme 4）。在相同條件下，1,1-二取代烯烴也發(fā)生異構(gòu)化?硼氫化過程（3d）。在這兩種情況下，硼氫化步驟都發(fā)生在三取代烯烴上，這可能解釋了為什么需要更高的溫度。值得注意的是，2i可通過與KHF2反應轉(zhuǎn)化為3e，然后，可通過1,2-硼酸鹽重排進一步衍生，以96%的產(chǎn)率獲得3f。
接下來，作者研究了該C(sp3)β-硼?；姆磻獧C理。根據(jù)推測，1,2-和1,3-氫化物的遷移可能對初始烯烴的異構(gòu)化起作用。為此，作者用DBpin對1a和1i進行硼化。預計氘在γ-位的摻入途徑包括1,3-氫化物遷移；相反，在δ sp3位點的末端標記表明一種通過1,2-氫化物遷移的機理。如Scheme 5所示，氘僅存在于2a-d和2i-d（66-67%）的γ位，含氫產(chǎn)物可能來自DBpin溶液中殘留的HBpin。這些結(jié)果支持烯烴異構(gòu)化通過1,3-氫化物遷移進行的概念。這與作者之前的方法相反，該方法給出了與1,2-氫化物遷移路徑一致的末端D-摻入。在沒有HBpin的情況下進行反應證實了先前的研究，該研究表明W(0)能夠在沒有外部氫化物源的情況下通過1,3-H遷移促進異構(gòu)化。此外，在C(sp3)β-位置缺少氘摻入，這就反對費歇爾型鎢卡賓的1,1-硼氫化反應。雖然其他情況可能性是存在的，但作者目前提出了一種可能的反應途徑：W(0)與羰基和烯烴（I）配位，然后烯丙基（II）sp3 C-H氧化加成。將金屬氫化物重新插入π-烯丙基部分將導致烯烴異構(gòu)化，從而為H-Bpin氧化加成到W(0)中間體III（Scheme 6）奠定基礎(chǔ)。隨后，氫化物插入到β,γ-烯烴中可能形成IV，其最終經(jīng)歷C-B還原消除以獲得最終的sp3β-硼化產(chǎn)物，同時再生正在生長的W(0)催化劑。從中間體III開始，異構(gòu)化的烯烴1ab能夠可逆地解離，因為游離的1ab可以通過原位1H NMR檢測到。
綜上所述，已經(jīng)開發(fā)了一個協(xié)議，說明了W(0)/W(II)氧化還原循環(huán)的獨特性質(zhì)，以解決對于鏈行走領(lǐng)域中的其他過渡金屬仍然具有挑戰(zhàn)性的位點選擇性問題。該sp3 β-硼化反應具有簡單，溫和的條件和廣泛的適用范圍。
DOI: 10.1021/jacs.1c07162
