Протодеборонирование
Простая схема протодеборирования

Протодеборирование или протодеборилирование — это химическая реакция, включающая протонолиз бороновой кислоты (или другого органоборанового соединения), в которой связь углерод-бор разрывается и заменяется связью углерод-водород. Протодеборирование — это хорошо известная нежелательная побочная реакция , часто связанная с реакциями сочетания, катализируемыми металлами , в которых используются бороновые кислоты (см. реакцию Сузуки ). [1] Для данной бороновой кислоты склонность к протодеборированию сильно варьируется и зависит от различных факторов, таких как используемые условия реакции и органический заместитель бороновой кислоты.

Преднамеренное протодеборирование бороновых кислот (и производных) применялось в некоторых синтетических процедурах, таких как установка стереоспецифического протона в хиральных центрах [2] , а также в процедурах очистки, таких как удаление нежелательных региоизомерных побочных продуктов бороновой кислоты [3] .

Недавние механистические исследования выявили множество путей протодеборирования в водных средах и продемонстрировали, что pH реакции (и, следовательно, видообразование бороновой кислоты) является важным фактором в понимании режимов протодеборирования. [4] [5]

Общая схема реакции протодеборирования бороновых кислот
Общая схема реакции протодеборирования бороновых кислот

История

Одно из самых ранних сообщений о протодеборировании было сделано Эйнли и Челленджером, которые были первыми исследователями, изучавшими реакционную способность бороновых кислот с обычными химическими реагентами. [6] Они сообщили о реакции фенилбороновой кислоты в воде (140-150 °C), в результате которой через 40 часов образовался протодеборированный продукт, бензол .

Первоначальные синтетические применения протодеборирования были обнаружены вместе с открытием реакции гидроборирования , в которой последовательные реакции гидроборирования-протодеборирования использовались для преобразования алкинов или алкенов в соответствующие насыщенные соединения. [7] Помимо этого синтетического применения, протодеборирование редко отмечалось или оценивалось в других химических процессах в начале 20-го века. Однако в более поздние годы протодеборирование стало проблемной побочной реакцией со многими химическими процессами, в которых используются бороновые кислоты. В частности, бороновые кислоты стали все более важными реагентами для легкого построения связей углерод-углерод и углерод-гетероатом с помощью реакций кросс-сочетания, катализируемых металлами. Это привело к более широкому использованию бороновых кислот, а затем к увеличению числа сообщений о проблемном протодеборировании. Многие бороновые кислоты в настоящее время коммерчески доступны, и многие новые бороновые кислоты и производные постоянно находятся в поиске.

Много усилий было приложено для смягчения нежелательного протодеборирования в реакциях кросс-сочетания. Разработка и оптимизация катализаторов проложили путь к очень эффективным системам, которые могут подвергаться быстрому каталитическому обороту. [8] Это увеличивает скорость продуктивной реакции и, таким образом, подавляет нежелательные пути разложения, такие как протодеборирование. Реакции кросс-сочетания также были ускорены с помощью металлических добавок, таких как серебро [9] [10] [11] [12] и медь. [13] [14]

Производные бороновой кислоты также использовались для подавления протодеборирования. [15] Эфиры бороната MIDA и органотрифторбораты использовались в стратегиях «медленного высвобождения», в которых условия реакции оптимизированы для обеспечения медленного высвобождения бороновой кислоты. Этот протокол оказался полезным при кросс-сочетании некоторых печально известных нестабильных бороновых кислот, таких как 2-пиридинбороновая кислота. [16] [17] Это гарантирует, что концентрация бороновой кислоты будет низкой во время реакции кросс-сочетания, что, в свою очередь, сводит к минимуму вероятность побочных реакций.

Механизм реакции

Простые неосновные борные кислоты

Механизм протодеборирования был первоначально исследован Куивилой в 1960-х годах, задолго до открытия реакции Сузуки и популяризации бороновых кислот . Их исследования были сосредоточены на протодеборировании некоторых замещенных ароматических бороновых кислот в водных условиях, и они сообщили о наличии двух различных механизмов: общего механизма, катализируемого кислотой, и специфического механизма, катализируемого основанием. [18] [19] Процесс, катализируемый кислотой, зависит от реакции между бороновой кислотой и кислотой, такой как серная кислота . С другой стороны, процесс, катализируемый основанием, возникает из-за предварительного равновесия между бороновой кислотой и гидроксидом для образования соответствующего бороната, за этим обычно следует лимитирующая скорость реакция между боронатом и водой (действующей как источник протонов). Субстраты, которые демонстрируют только эти два режима протодеборирования (обычно простые ароматические и алкилбороновые кислоты), как правило, очень стабильны в нейтральном pH-растворе, где как кислотно-, так и щелочно-катализируемые процессы сведены к минимуму. Для ароматических бороновых кислот, содержащих электроноакцепторные заместители, существует конкурирующий диссоциативный механизм, включающий генерацию транзиторного арильного аниона. Эти субстраты стабилизируются кислотными условиями. [5]

Протодеборирование, катализируемое кислотой и основанием
Протодеборирование, катализируемое кислотой и основанием

Основные гетероароматические бороновые кислоты

Основные гетероароматические бороновые кислоты (бороновые кислоты, которые содержат основной атом азота, такие как 2-пиридинбороновая кислота) демонстрируют дополнительные механизмы протодеборирования. [4] Ключевое открытие показывает, что видообразование основных гетероароматических бороновых кислот аналогично виду простых аминокислот , с цвиттер-ионными видами, образующимися в условиях нейтрального pH. Для 2-пиридинбороновой кислоты цвиттер-ионное соединение отвечает за ее быстрое протодеборирование в условиях нейтрального pH посредством мономолекулярной фрагментации связи CB. Фактически, добавление кислоты (H+) или гидроксида (OH-) ослабляет протодеборирование, сдвигая видообразование от реактивного цвиттер-иона.

Важно отметить, что не все основные гетероароматические бороновые кислоты реагируют через цвиттер-ионный промежуточный продукт.

Схема определения 2-пиридинбороновой кислоты в водном растворе
Схема определения 2-пиридинбороновой кислоты в водном растворе

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Бороновые кислоты: получение и применение в органическом синтезе, медицине и материалах, 2-е изд.; Холл, Д., Эд; Wiley VCH: Вайнхайм, Германия, 2011; тома 1 и 2, стр. 1-133.
  2. ^ Roesner, S.; Blair, DJ; Aggarwal, VK "Энантиоселективная установка смежных третичных бензильных стереоцентров с использованием методологии литирования–борирования–протодеборирования. Применение к синтезу бифлуранола и фторгексестрола". Chem. Sci. 2015, 6, 3718. doi :10.1039/C4SC03901G
  3. ^ Клингенсмит, Л.М.; Био, М.М.; Мониз, ГА, "Селективное протодеборирование: синтез 4-метил-2-тиофенборонового ангидрида и демонстрация его полезности в реакциях Сузуки-Мияуры". Tetrahedron Lett. 2007, 48, 8242. doi :10.1016/j.tetlet.2007.09.060
  4. ^ ab Cox, PA; Leach, AG; Campbell, AD; Lloyd-Jones, GC "Протодеборирование гетероароматических, виниловых и циклопропиловых бороновых кислот: профили pH–скорости, автокатализ и диспропорционирование" J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9145. doi :10.1021/jacs.6b03283
  5. ^ ab Cox, PA; Reid, M.; Leach AG; Campbell, AD; King, EJ; Lloyd-Jones, GC "Base-Catalyzed Aryl-B(OH)2 Protodeboronation Revisited: From Consorted Proton Transfer to Liberation of a Transient Aryl Anion". J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13156. doi :10.1021/jacs.7b07444
  6. ^ Эйнли, А.Д.; Челленджер, Ф. «Исследования связи бора и углерода» J. Chem. Soc. 1930, 2171.
  7. ^ Браун, ХК; Цвайфель, Г. "Гидроборирование. XI. Гидроборирование ацетиленов — удобное превращение внутренних ацетиленов в цис-олефины и терминальных ацетиленов в альдегиды" J. Am. Chem. Soc. 1961, 83 (18), 3834. doi :10.1021/ja01479a024
  8. ^ Биллингсли, К. Л.; Андерсон, К. В.; Бухвальд, С. Л. "Высокоактивный катализатор для реакций кросс-сочетания Сузуки–Мияуры гетероарильных соединений". Angew. Chemie Int. Ed. 2006, 45, 3484. doi :10.1002/anie.200600493
  9. ^ Чен, Дж.; Кэммерс-Гудвин, А. «2-(Фторфенил)пиридины по методу Сузуки-Мияуры: Ag2O ускоряет связывание по сравнению с нежелательным ипсо-замещением (SNAr) фтора» Tetrahedron Lett. 2003, 44, 1503. doi :10.1016/S0040-4039(02)02793-4
  10. ^ Нишихара, Y.; Онодера, H.; Осакада, K. "Синтез и структурная характеристика первого несимметричного соединения, полученного в результате трансметаллирования между 2,4,6-трифторфенилбороновой кислотой и транс-Pd(C6F5)I(PEt3)2" Chem. Commun. 2004, 192. doi :10.1039/b308741g
  11. ^ Коренага, Т.; Косаки, Т.; Фукумура, Р.; Эма, Т.; Сакаи, Т. «Реакция сочетания Сузуки-Мияуры с использованием пентафторфенилборной кислоты». Орг. Летт. 2005, 7, 4915. doi :10.1021/ol051866i
  12. ^ Imao, D.; Glasspoole, BW; Laberge, VS; Crudden, CM "Реакции кросс-сочетания хиральных вторичных органобороновых эфиров с сохранением конфигурации". J. Am. Chem. Soc. 2009, 131 (14), 5024. doi :10.1021/ja8094075
  13. ^ Leconte, N.; Keromnes-Wuillaume, A.; Suzenet, F.; Guillaumet, G. "Эффективный катализируемый палладием синтез несимметричных (Гет)арилтетразинов". Synlett 2007, 204. doi :10.1055/s-2007-967991
  14. ^ Deng, JZ; Paone, DV; Ginnetti, AT; Kurihara, H.; Dreher, SD; Weissman, SA; Stauffer, SR; Burgey, CS "Реакции Сузуки с медным катализатором: применение к 2-гетероциклическим боронатам". Org. Lett. 2009, 11, 345. doi :10.1021/ol802556f
  15. ^ Lennox, AJJ; Lloyd-Jones, GC "Стратегия медленного высвобождения в реакции Сузуки–Мияуры". Isr. J. Chem. 2010, 50, 664. doi :10.1002/ijch.201000074
  16. ^ Knapp, DM; Gillis, EP; Burke, MD "Общее решение для нестабильных бороновых кислот: медленное кросс-сочетание из устойчивых на воздухе MIDA-боронатов". J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6961. doi :10.1021/ja901416p
  17. ^ Моландер, GA; Эллис, N. «Органотрифторбораты: защищенные бороновые кислоты, расширяющие универсальность реакции сочетания Сузуки». Acc. Chem. Res. 2007, 40, 275. doi :10.1021/ar050199q
  18. ^ Куивила, Х. Г.; Ройвер, Дж. Ф.; Мангравит, Дж. А. «Реакции электрофильного замещения. X. Общий кислотный катализ в протодеборировании аренбороновых кислот». Can. J. Chem. 1963, 41, 3081. doi :10.1021/ja01470a028
  19. ^ Куивила, Х. Г.; Нахабедян, К. В. "Реакции электрофильного замещения. XV. Кинетика и механизм катализируемого основанием протодеборирования аренбороновых кислот". J. Am. Chem. Soc. 1961, 83, 2159. doi :10.1139/v63-451
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Protodeboronation&oldid=1139299111"