热点研究

「Spotlight Research」偕二硼酸酯烷烃与羧酸酯的偶联反应实现炔烃合成

作者:石油醚

本期热点研究,我们邀请到了本文第一作者,来自中科院兰州化物所的在读博士生徐良轩为我们分享。

2023年2月23日,Nat. Synth.在线发表了来自中国科学院兰州化学物理研究所刘超研究员团队题为「Alkyne synthesis through coupling of gem-diborylalkanes with carboxylic acid esters」的研究论文。文章中,该团队使用了偕二硼酸酯烷基锂试剂与羧酸酯和芳基双三氟甲磺酰胺的偶联反应,一锅法合成炔烃化合物。此外,该方法可以使用13C标记的锂化亚甲基偕二硼和13C标记的羧酸酯合成13C标记的炔烃,提供了一种简单获取13C标记的端炔和内炔的新途径。

“Alkyne synthesis through coupling of gem-diborylalkanes with carboxylic acid esters”

Wei Sun, Liangxuan Xu, Yucheng Qin, Chao Liu* 

Nat. Synth., 2023, doi: 10.1038/s44160-023-00243-4

Q1. 请对Alkyne synthesis through coupling of gem-diborylalkanes with carboxylic acid esters”作一个简单介绍。

        中科院兰州化物所刘超研究员团队长期以来一直致力于有机硼化学研究,并取得了一系列研究进展(J. Am. Chem. Soc. 2017,139, 5257-5264Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5501-5505Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10318-10322Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 15813-15818Nat. Commun. 2020, 11, 3113CCS Chem. 2021, 3, 1718-1728)。近年来,该团队围绕有机硼化学发展了系列新型试剂促进的官能团快速转换反应(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2745-2749Org. Chem. Front. 2022, 9, 3420-3427Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215168)。

该项工作报道了利用羧酸酯、锂化偕二硼和芳基三氟酰亚胺反应合成炔烃。该方法可以将一系列羧酸酯快速转化为内炔或端炔。此外,该方法可以使用13C标记的锂化亚甲基偕二硼和13C标记的羧酸酯合成13C标记的炔烃,提供了一种简单获取13C标记的端炔和内炔的新途径。

该反应的设计思路是首先羧酸酯和锂化偕二硼反应生成烯醇硼化合物I。中间体I中的含氧基团离去能力弱。因此,设计通过加入恰当的亲电试剂通过捕获烯醇氧得到中间体II从而提高氧的离去能力。中间体II发生消除反应生成炔烃,表观上实现了由羧酸酯和锂化偕二硼直接偶联合成炔烃(图a)。反应的条件优化显示,羧酸酯中O-Y基团影响反应的活性顺序是Y=tBu<Me<CH2CF3,通过调节温度可以实现不同基团的化学选择性转化。

Q2. 有关本次研究的时候遇到过怎样的困难呢?又是怎样克服的呢?

在本次研究中,反应是按照我们当初的设计理念进行的,但是在反应过程中我们也遇到了两点困难。困难一是在形成反应中间体烯醇硼化合物I含氧基团离去能力弱,不能进一步消除生成炔烃。我们尝试加入适当的亲电试剂通过捕获烯醇氧得到中间体II从而提高氧的离去能力。在考察一些亲电试剂后,我们发现ER6的效果最好。困难二是如何寻找到合适的13C标记的试剂巧妙地将13C引入到端炔或内炔中。联想到硼化学以及本课题组的研究特点,我们从13CH3I出发合成13C标记的二苯基甲基硫叶立德盐,再通过拔氢、配位进行1,2-迁移合成13C标记的亚甲基偕二硼,成功解决了困难二的问题。

Q3. 本次研究主体,有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢?

本次研究中,底物合成花费了一定比例的时间,同时酯与偕二硼的反应在早期就有报道(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 2036−2040),该文中提到了两者反应的中间体,我们当初也认为反应中间体正如文中报道的那样,但是在我们长出单晶之后,对这类反应的中间体有了新的认知。由于13C试剂相对珍贵一些,我们用非标记的原料在最优的条件下合成出非标记的底物之后,再重新用13C标记的底物重复一遍反应,拿到相应的数据,工作的反复性操作也很枯燥。

Q4. 来想继续研究化学的哪个方向呢?

首选的当然还是硼化学相关的领域。硼是一个很好的合成子,可以理解为碘元素和溴元素在有机合成中的作用,利用硼可以实现很多分子的合成,同时也可以创造新的分子;其次可能会偏向同位素这一块,同位素的应用在国内外逐渐兴起,在这方面做基础研究也可以很好地支持国家的需求。

Q5. 最后,有什么想对各位读者说的吗?

其实在读研的这几年中,体会到很多,科研道路并不是一帆风顺,光明的前景下总会遇到些许挫折,只有沉下心来认真分析和研究,事情总会朝着好的方向发展,既然做出了选择,何不为选择付出行动??

作者教育背景简介

教育背景:

2017.09 – 2020.06         浙江工业大学           硕士

2020.09 – 至今              中科院兰化所           博 士

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