当代化学前沿学生听课记录表
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第二篇：当代化学前沿
当代化学前沿论文
专业：有机化学
姓名：孙睿辰
学号：1410070018
硼烷在Suzuki交叉偶联反应中的
立体化学和机理研究
选自：J. Org. Chem. 1998, 63, 461-470
作者：Karl Matos ；John A. Soderquist
前言：硼-（3,3-二甲基-1,2-二氘-1-丁基）-9-亚硝胺的两种赤式和苏式异构体（6）都是由3,3-二甲基-1-丁炔（4）通过硼氢化反应得到的，首先采用9-亚硝胺上的氢然后是9-亚硝胺上的氘，或分别以相反的顺序。通过Whitesides方案，将硼变成钯烷基是由化合物6通过Suzuki-Miyaura偶联的溴苯，这个立体化学被发现为碳的完整的保留。在耦合过程中，硼的路易斯酸性在和硼-甲基-9-亚硝基（10）加入底物之后形成[羟基（R）-9-亚硝基]（12）中起着重要的作用，在其硼-烷基-9-乙二酸-10-双环[3.3.2 ]癸烷（R-OBBD,11）形成鲜明对比。这种行为将他们的耦合率与排斥反应10和11在竞争实验中进行比较。在偶联中，他们的可能性相等，并在耦合增加的基础进行了论证：（1）化合物12的形成，（2）Ph(Ph3P)2PdBr (14)的水解来形成单体Ph(Ph3P)2PdOH (15)，（3）HOBR2的副产物的络合作用，几乎可与（10）完全作用，（4）化合物11加速耦合率，和化合物5催化剂的再生。动力学研究表明，在硼烷中，偶联体现一种零顺序，但化合物10由于[PhBr]表现出一种第一顺序性（即，氧化加成），而化合物11表现出对[OH]第一顺序性（即，Pd（II）X水解作用）。这些数据通过化合物12攻击化合物14形成羟基?2-桥联中间体8（a）[PhL2 Pd ←(OH)BR(9-BBN)]来解释。通过一四中心过渡态9这提供了转金属化的前体。
钯催化的有机卤化物或磺酸酯在碱性条件下的硼耦联（Suzuki-Miyaura交叉偶联）提供了一个高度灵活的方法来使碳碳键和更多官能团的建立起来。通过类比相关的过程，有机硼烷的耦联认为进行催化循环包括三个基本步骤：（1）碳亲电体通过氧化加成为零价和不饱和PDL2相协调，其中L是一般的膦配体如PPh3，（2）碳亲核体的转金属化：从硼到R′PdXL2，和（3）与PDL2催化剂再生
的交叉偶联产物的快速还原消除（图1）。正是这个转金属的步骤，区分了不同的有机金属过程。而配合物[ BR4 ]）进行交叉偶联，有机硼烷（BR3）如果没有底物本身通常不会进行偶联，而这种耦合的特点还没有完全得到验证。
Figure 1. Suzuki-Miyaura catalytic cycle.
如图1所示的催化循环只是从表面体现了一个相当清晰的高度络合过程。引进的乙烯基（炔基或芳基）和环丙基的基团可以通过其他物质的结合得到合成，卤化物（或三氟甲磺酸酯）和硼烷的立体化学在交叉偶联产物中得以保留。然而，在烷基耦联中，耦联的定向组合是过程中成功的关键。例如，虽然主要的烷基基团可以有效地通过有机硼烷基团得到，而烷基碘化物的耦联是在竞争中不断减少和消除过程。此外，如果在最适当的条件下，有机硼烷中二烷基的耦联有适当的成功。
使用有机硼烷类型也必须考虑到甚至简单的初级烷基硼烷的成功耦联。在基础条件下（NaOH），无论是三烷基硼烷（BR3）或酯（R2BOR）都是有效的耦联基团。然而，更多的含氧衍生物（例如，硼酸盐(RB(OR)2)要求铊碱，例如TlOH）。
Tl(I)认为由卤化物TlX中去掉，产生PdOH用来加速这些弱路易斯酸性硼烷的转金属化。在我们看来，因为烷基硼烷的成功耦联对于具体条件和采用的基质是有特定敏感性的，我们选择在标准条件下（即Pd(PPh3)4, NaOH）研究这个过程是为了确定如下：（1）烷基转移的立体化学，（2）烷基对抗烷氧基硼基团结交叉偶联率的影响，（3）加基质的实际作用，和（4）在催化过程中的速率限制步骤。
结果与讨论
转金属的立体化学：确定硼→钯烷基转移的立体化学的最简单的方法，我们选择研究的一个立体结构的三耦合（仲烷基）-硼烷，用PdCl2（二茂铁）催化剂，据报道，这个条件提供了最佳的交叉偶联。化合物（1，97%）得到制备，并在用TlOH作为在苯/水介质中的底物与PhI交叉耦联。12小时后，只得到所需的
化合物2（> 97%）的5%（气相色谱）并且得到了一个最高轨道的偶联产物，得到联苯（20%）。将Pd（PPh3）4作为偶联催化剂得到了相同的结果。这和二烷基硼烷的结果一样，让我们开始研究哪些硼烷的偶联效果最好。
我们发现Whitesides方案是确定主要的烷基硼烷转金属化的立体化学的一个特别有效的方法。这个结果在特征的邻位质子耦合常数，其1,2-二取代乙烷衍生物，被清楚地观察到，在H解耦500MHz的1H NMR谱（参见图1）。由于t-BuCHDCHDPh (3)的苏氏和赤式衍生物都是从kabalka非循环的硼氢化氧化立体化学研究中得到的，我们选择了这些已知系统作为Suzuki-Miyaura交叉偶联反应研究的过程。
最初，我们准备合成顺式烯烃5，由叔丁基乙炔4的与D2并使用Lindlar催化剂（63%）。然而，我们观察到少部分的区域异构体加合物HD，最终由NMR数据的解释出受到干扰。这是t-BuCHDCH2Ph的特殊的事实，我们觉得可以是通过一个全新的有机硼烷为基础的方法3来避免。为此，我们选择了通过还原MeO-9-BBN 和LiAl(OEt)D3，来首先制备(9-BBN-D)2，便于分离的9-硼酸盐从不溶性AlD(OMe)(OEt)]x（公式2）中的有效分离。
硼氢化物和TMSCl生产结晶(9-BBN-D)2 (31%( DME)),，其中包含大约10% 9-BBN-H，来自质子杂质中由LiAlD4中提取出来。
三烷基硼烷对烷基硼烷竞争率的研究：B-alkyl-9-BBN衍生物（10）和相应的9-oxa-10-borabicyclo[3.3.2]-decanes (OBBD, 11)，不像RB(OR)2，在标准条件下(Pd(PPh3)4, NaOH, THF, 回流)提供有效的交叉偶联基团。我们认为，它们的相对耦合率的直接比较将是信息化的，因为9-BBN衍生物的路易斯酸性比相应的OBBD更强。非常强劲硼酸盐衍生物（11）进行通过与无水氧化三甲胺10选择性氧化来和TMANO为无论是正丁基（b）和正己基（h）系列。所有这些硼烷的组合，10b, 10h, 11b, 和 11h，是用于成对交叉偶联1当量的硼烷与0.80当量的PhBr和2当量的碱（公式3）。
在耦合过程中碱的作用：由于三乙基硼由 Frankland在1859年发现，有机硼烷和碱的强相互作用已被大家熟知。然而，由于烷氧基和烷基取代以及在硼烷结构的影响可以影响络合，我们选择研究9-BBN对OBBD衍生物的行为来验证我们的系统中这一现象。采用11B NMR，我们发现Hx-9-BBN (10h) (1.0 M in THF)，有三烷基硼烷在?87.7 (Scheme 3)吸光度的特点。相反，其OBBD 基团的B核磁，11h（?54.1），加NaOH后保持不变，表明没有显著的羟基硼酸盐配合物（13h）是在碱性条件下形成的。这种氢离子的络合行为与烷基和烷氧基硼烷耦合率观察到的选择性一致，在更多的氢氧化物络合产生更快的耦合过程。
为了研究底物其他的作用，我们用耦合过程来确定与相应的碱反应的化学计量学。催化反应(PhBr, 10h (0.8:1), Pd(PPh3)4 (3 mol%), THF, 65 °C, 8 h, C10H22）与 1.0和 2.0当量 的 NaOH/Hx-9-BBN得到相应的75%和 100% 产率的PhHx (Scheme
4)。为了更好的理解 1:2 10h/OH-1的化学计量学, 我们用 [9-BBNH] 2与1.0 当量的 NaOH(aq)在THF (25 °C, 3 h)中水解. 通过11B NMR, 中间产物 HO-9-BBN (16 ? 56.3)或O(9- BBN)2 (? 57.5) 在 ? 54.5 可以得到最终的产物为羟基络合
[(HO)2-9-BBN]-1 (17 11B NMR ? 9.6) 。
结论:
总之，Suzuki-Miyaura催化循环包括一系列速率随反应基团变化的连续反应。我们的研究结果表明，实际循环比想象的复杂得多，特别是用碱作底物的时候。图5详细说明了一些新的特点。我们的研究结果表明，BrPdPh-(PPh3)2 (14)在 27 °C下的形成对于R-9-BBN衍生物（10）是受速率限制的。这些有机硼烷目前主要的作为它们的羟基硼酸盐衍生物12。12与14的反应是迅速的，可能取代溴化物形成羟í2-桥连中间产物8a，这样有利于烷基硼烷 到Pd金属转移通过一四中心过渡态（9）保留构形。这个中间产物比由氧合的有机硼酸盐衍生出的一些物质例如11低的能量，这是由于化合物10的路易斯酸度很强。PhPdR(PPh3)2迅速给出PhR并得到Pd(PPh3)2。硼的副产品，16，能有效和10与碱竞争，因此，最佳的10/OH-1化学计量比为1:2。在室温下，在一个缓慢的过程中，HOPdPh(PPh3)2
(15)也从这些碱性条件下连续生产14。与化合物10的反应，通过8b的其他的途径也有助于交叉偶联的进行。