【JACS】光化学交叉有机硼偶联:让易质子脱硼的杂芳基硼酸直接接上烷基
【JACS】光化学交叉有机硼偶联:让易质子脱硼的杂芳基硼酸直接接上烷基
文章标题:Photochemical Cross-OrganoboronCoupling of Heteroaryland Alkyl Boronic Acids and Esters
文章作者:Jessica Zhong, Hong Yan, Young Ju Yun, Maria-Elena Liosi, Maxime Boudjelel, Dipannita Kalyani, Julia A. Kalow, Christian A. Malapit
文章链接:https://doi.org/10.1021/jacs.6c14729

问题不在Suzuki本身,而在不稳定硼试剂
Suzuki–Miyaura交叉偶联是C–C成键的常用工具,但吡啶基、喹啉基等杂芳基硼酸容易质子脱硼,即硼被氢替换而失活,尤其“2-吡啶基问题”。已有办法多把这类底物用于C(sp²)–C(sp²)联芳基合成,直接用它们做C(sp²)–C(sp³)偶联的方法仍少;交叉亲电偶联虽有效,却要消耗卤化物,最活泼的卤素留不住。本文问:能否让两种有机硼试剂分别活化,在可见光下直接成键。
Fig.1 Conceptual framework for enabling protodeboronation-prone (hetero)aryl boronic acids in C(sp2)–C(sp3) cross-coupling. A) Reactivity gap for challenging (hetero)aryl boronic acids. B) Alternating polarity electrolysis is ineffective for radical–radical C(sp2)–C(sp3) cross-organoboron coupling. C) Development of photochemical C(sp2)–C(sp3) cross-organoboron coupling.
高通量筛出可行范围,放大验证保留卤素
作者用96孔光化学高通量实验平台,以2-氟-4-吡啶硼酸和苯乙基硼酸为模型。筛选显示Ag₂O在测试材料中独特有效,TiO₂单独无效;两者组合显著提高效率,但原文称这一经验效应来源未定,LiOH是关键组分。不同有机硼类别中,烷基Bpin(频哪醇硼酸酯)配芳基Bpin或硼酸最有效,三氟硼酸盐效率低。对Merck的161个有机硼底物做微尺度HTE,按未校准GC-MS峰面积分为Good(目标峰超过其他产物峰之和)和Detected(有但被压过),结果为44个Good、69个Detected,合计113个可检测。2-/4-吡啶、喹啉、α-杂芳基硼酸以及含芳基卤化物(包括碘)的底物有产物;失败集中在Lewis碱性和质子底物,9个含游离N–H/O–H的底物中8个无产物,含这些基团的均未达Good,作者归因于竞争配位银。放大验证19个直接来自HTE命中,另3个经底物特异性优化;Good档分离收率59–87%,Detected档28–75%。保留卤素如3d、3t,可做后续正交官能化。机制证据包括LiOH单独快速质子脱硼,而LiOH+Ag₂O+TiO₂光照下脱硼被抑制并见芳基同偶联;ICP-MS显示加入两种有机硼后溶液银浓度大增;1,1-二苯乙烯捕获到烷基自由基加合物,TEMPO完全抑制产物。作者据此提出烷基硼酸酯单电子氧化成自由基、芳基硼酸与Ag(I)转金属化,再经高价银还原消除;高价银中间体未直接观测,只按文献推测。
Fig.2 Reaction development and optimization. A) Model reaction for photochemical C(sp2)–C(sp3) cross-organoboron coupling. B) Reaction optimization and effects of key variables using the boronic acids of model substrates 1 and 2. C) Compatibility survey of different organoboron reagent classes (boronic acid, ester and trifluoroborate salts). NP, nanoparticles.
Fig.3 High-throughput survey of 161 organoboron substrates. A) Screening design and tier definitions. B) Data set with 9 representative examples given for each substrate class. C) Functional group compatibility
Fig.5 Proposed mechanism and mechanistic studies.
能用到哪,不能推到哪
理论上,这套光化学交叉有机硼偶联补上了C(sp²)–C(sp³)成键的一条路,把易质子脱硼的杂芳基硼试剂拉进可直接使用的范围,并与消耗卤化物的交叉亲电偶联形成互补。对药物化学的高通量底物筛选,它能让复杂杂芳基片段与烷基直接连接,同时保留芳基卤素做后续修饰;但原文未提供直接转化证据。边界也清楚:游离N–H/O–H、叔胺等底物常失败,放大只验证22例,高价银机制仍是推测。它目前更像扩展底物空间的工具,不是普适替代Suzuki。
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