研究论文介绍

南京工业大学毛建友教授课题组Org. Lett.: 钯催化2-吡啶基甲基硅烷与芳基溴化物的直接芳基化反应

本文作者:杉杉

导读

近日,南京工业大学毛建友教授课题组在Organic Letters上发表论文,报道了一种钯催化2-吡啶基甲基硅烷与芳基溴化物的直接芳基化反应,从而生成芳基(2-吡啶基)-甲基硅烷衍生物。同时,该反应具有高收率(高达97%)、良好的官能团耐受性等特点。

Palladium-Catalyzed Direct Arylation of 2‑Pyridylmethyl Silanes with Aryl Bromides

Tingzhi Lin, Pengcheng Qian, Yan-En Wang, MingjieOu, Long Jiang, Chen Zhu, Yuchuan Xu, Dan Xiong, and Jianyou Mao*

Org. Lett. ASAP DOI:10.1021/acs.orglett.1c00677

正文

有机硅烷化合物,广泛应用于硅材料、药物等中。同时,也作为交叉偶联反应中常见底物以及过渡金属反应中的有效配体。此外,对于含有杂环的硅烷化合物已被大量研究,其中甲基硅烷的直接α-官能化反应是理想策略之一(Scheme 1),如钯催化甲硅烷基化格氏试剂与有机卤化物的交叉偶联[1]、镍催化α-甲硅烷基卤化物与乙烯基溴化物[2]或烷基锌试剂[3]之间的交叉偶联过程。然而,此类反应常需对相应的硅烷基底物进行预官能化。近年来,也报道了关于去质子交叉偶联过程实现弱酸性Csp3-H键的官能团化反应,如二芳基甲烷[4]、亚砜[5]、胺[6]以及其它[7]等。然而,对于硅烷底物的直接去质子交叉偶联尚未被研究。在此,本文将报道一种通过2-吡啶基硅烷衍生物与芳基溴化物的去质子交叉偶联反应,从而合成一系列芳基(2-吡啶基)-甲基硅烷衍生物。同时,该反应无需使用格氏试剂,可在温和的条件下进行,并且起始原料易于合成且稳定。与现有的有机硅烷合成方法相比,如末端烯烃的氢化硅烷化反应[8],过渡金属催化硅烷亲电子试剂或亲核试剂的交叉偶联反应[9],以及过渡金属催化C-H甲硅烷基化反应[10],该策略可作为合成含杂环硅烷衍生物的补充方法(Scheme 1C)。

首先,作者以2-((三甲基甲硅烷基)甲基)吡啶1a和溴苯2a作为模型底物,进行了相关反应条件的筛选(Table 1)。反应的最佳条件为:以4 mol %的Pd(OAc)2为催化剂,6 mol %的Nixantphos为配体,三当量的LiN(SiMe3)2为碱,可在THF溶剂中60℃反应,获得96%收率的目标产物3aa

在获得上述最佳反应条件后,作者开始对芳基溴化物2进行了扩展(Scheme 2)。具有电中性基团和给体基团的芳基溴化物,如4-Me、4-tBu、4-Ph、4-OMe、4-SMe和4-NMe2,均具有良好的反应性,获得产物3ab3ag。具有吸电子基团的底物,如4-氟、4-氯,也是合适的底物,获得优异化学选择性的相应产物3ah3ai。同时,具有邻为取代的芳基溴化物,如2-溴甲苯、2,5-二甲基溴苯、2,5-二甲氧基溴苯,以76-93%的收率形成3aj3al。其次,具有间位取代的底物,也以71-93%的收率提供所需的产物3am3ao。此外,溴代萘的底物(2p2q)以及5-溴吲哚(2r),在标准条件下也与体系相容,获得相应的产物3ap3ar

随后,作者对甲硅烷基底物1进行了相关的扩展(Scheme 3)。当使用三乙基硅烷时,以高收率生成产物3ba3bb。对于三异丙基硅烷1c,可获得产物3cb,收率略有降低。同样,二甲基(正丙基)硅烷1d和二甲基(正丁基)硅烷1e底物,可获得以高收率的相应产物3da3db3ea3eb。二甲基(叔丁基)硅烷1f也是合适的底物,获得高收率的产物3fa3fb。值得注意的是,对于空间位阻较大的硅烷底物,如二甲基-(2,3-二甲基丁烷-2-基)硅烷1g,导致收率略有下降,以77%的收率获得所需的产物3gb。其次,若将硅烷的碳链延长,如二甲基(正辛基)硅烷1h,在标准条件下反应时,分别获得89%和85%收率的3ha3hb。同时,各种芳基取代的硅烷也为合适底物,以72-84%收率生成相应的产物3ia3ib3ja3jb3ka3kb。此外,当使用取代的2-吡啶底物时,以良好收率(74-94%)获得相应产物3la3oa。然而,在标准条件下,烷基(1p)、简单苯基(1q)和其他杂环基(如1r1s1t))只获得痕量目标产物。

为了进一步证明该反应的实用性,作者在标准条件进行了1a2a的克级实验,同样获得91%收率的偶联产物3aa(Scheme 4)。

同时,所获得的硅烷产物可进一步转化为具有价值的芳基(2-吡啶基)甲醇骨架(Scheme 5)。如3aa在使用PIFA作为氧化剂的条件下,可实现C-Si键到C-O键的转化,从而获得62%收率的产物4A

总结

南京工业大学毛建友教授课题组报道了一种通过钯催化2-吡啶基甲基硅烷与芳基溴化物的交叉偶联反应,从而合成芳基(2-吡啶基)-甲基硅烷衍生物。同时,该反应具有良好的底物范围,各种给电子或吸电子的芳基溴均可顺利反应。此外,通过克级实验以及后期衍生化实验,进一步证明了反应的实用性。

参考文献

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