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J. Am. Chem. Soc. 芳香胺的Suzuki―Miyaura偶联

通过镍催化剂催化的芳香胺和硼酸酯的Suzuki-Miyaura型偶联反应最近被开发报道。反应条件中添加了Mg, Mg起着两个作用:二价镍的还原和催化循环的促进。

伴随芳基C-N键断裂的偶联反应

 芳香胺(N,N-二烷基芳基胺)是药物和自然界中广泛存在的骨架,并且其构建方法已被广泛研究报道,例如可以通过Ullmann偶联Buchwald-Hartwig交叉偶联合成。另一方面,对于热力学和动力学稳定性的惰性芳基C-N键的活化目前还是一个难题,通过过渡金属催化剂对该类底物进行偶联的报道很少。其最早的一个开创性的研究是在1988年,Wenkert等报道的在镍催化条件下进行的芳基三甲基铵盐和格氏试剂的偶联反应(图1A)[1]。由此开始,使用有机金属试剂通过过渡金属催化剂活化C-N键引起了研究人员的关注。2003MacMillan等人、开发了一种使用芳香硼酸和芳基铵盐的Suzuki-Miyaura型偶联反应法(图1B)[2]。然而,该方法中使用铵盐作为亲电子试剂,因此需要事先将二甲基芳基胺转化为活性铵盐再进行反应。2007年,垣内等人开发了一种在Ru催化剂存在下,进行的o位含有导向基团的苯胺衍生物与芳香硼酸酯的Suzuki-Miyaura型偶联反应に(图1C)[3]。虽然,该方法也无需事先进行亲电活化,并且各种芳香胺都适用,然而还存在必须使用导向基团这一点限制。

 这次,施教授课题组在镍催化剂条件下加入Mg,首次成功实现了N,N-二甲基苯胺用作亲电子试剂的Suzuki-Miyaura型偶联反应(图1D)。今天小编在这里简单介绍下该文章

图1.芳基C-N键的还原偶联反应

 

Ni-Catalyzed Cross-Coupling of Dimethyl Aryl Amines with Arylboronic Esters under Reductive Conditions

Cao, Z. C.; Xie, S. J.; Fang, H.; Shi, Z. J. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 13575-13579.

DOI: 10.1021/jacs.8b08779

论文作者

Zhang-Jie Shi

经历:
1992-1996 BSc, Department of Chemistry, East China Normal University
1996-2001 PhD, Shanghai Institute of Organic Chemistry, CAS (Prof. Shengming Ma)
2001-2002 Postdoc Fellow, Harvard University (Prof. Gregory L Verdine)
2002-2004 Research Associate, The University of Chicago (Prof Chuan He)
2004-2008 Associate Professor, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University
2008-2017 Professor, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University
2017- Professor, Department of Chemistry, Fudan University

研究内容:使用过度金属催化剂催化的反应方法学开发

论文概要

 本反应在Ni/IMesMe催化剂存在下、Mg作为添加剂、将N,N–二甲基苯胺1与芳基硼酸新戊二醇2发生偶联反应,以高产率合成联苯3。对于底物1,即使在苯环上含有诸如烷基取代基,醚,缩酮等官能团,同样适用该反应(图2A)。另外对于带有烷基,硅烷基团的反应底物2也适用于该反应。

 根据EPR分析和DFT计算的结果,证实在反应体系中产生了(IMesMe)2Ni(I)Br、这表明该反应存在Ni(I)/Ni(III)的催化循环。因此,作者通过进行对照实验以研究Mg的作用(图2B)。如果Mg在该反应中仅具有还原剂的作用的话、那么(IMesMe)2Ni(I)Br直接作为催化剂添加的话,应得到类似的结果。然而,与预期相反,在不添加Mg的情况下,3的产率显著降低、而在添加Mg的情况下,得到了与最佳条件同等的产率。也就是说,Mg除了其作为还原剂的功能之外,还起到促进该反应的作用。因此作者提出了如下反应机理(图2C)。首先,在Mg作用下Ni(II)被还原成Ni(I)形成活性物质。随后,通过配体交换得到后,通过氧化加成产生三价镍2经过transmetallization后、进行还原消除得到3、活性物质得到再生完成一个催化循环。

图2. (A)底物适用范围、(B)对照实验、(C)推定的反应机理

 

综上,作者开发了使用N,N-二甲基苯胺作为亲电试剂的直接Suzuki-Miyaura型偶联反应。尽管详细的机理还在研究中,但能够使用芳香胺直接作为偶联剂是非常有意义的。

参考文献

  1. Wenkert, A.-L. Han and C.-J. Jenny, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1988, 0, 975. DOI: 10.1039/C39880000975
  2. Blakey, S. B.; MacMillan, D. W. J. Am. Chem. Soc.2003, 125, 6046. DOI: 10.1021/ja034908b
  3. [a]Ueno, S.; Chatani, N.; Kakiuchi, F. J. Am. Chem. Soc.2007, 129, 6098. DOI: 10.1021/ja0713431[b] Koreeda, T.; Kochi, T.; Kakiuchi, F. J. Am. Chem. Soc.2009,131, 7238. DOI: 10.1021/ja902829p

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