研究论文介绍

烷基溴与氯锗烷之间的还原Csp3-Ge偶联反应方法学

本文作者:杉杉

导读

近日,兰州大学的舒兴中课题组在Org. Lett.中发表论文,首次报道一种全新的通过镍催化剂促进的烷基溴与氯锗烷 (chlorogermanes)之间的还原Csp3-Ge偶联反应方法学,进而成功完成一系列烷基锗 (alkylgermanes)分子的构建。这一全新的偶联策略具有反应条件温和以及良好的官能团兼容性等优势。

Nickel-Catalyzed Reductive Csp3-Ge Coupling of Alkyl Bromides with Chlorogermanes

Guo, X. Pang, K. Wang, P. Su, Q. Pan, G. Han, Q. Shen, Z. Zhao, W. Zhang, X. Shu, Org. Lett. 2022, ASAP. doi: 10.1021/acs.orglett.2c00207.

正文

有机锗 (organogermanes)分子已经广泛应用于有机合成以及药物化学等领域的相关研究[1]-[2]。通常,烷基锗试剂主要通过alkyl-X与R3GeLi之间的偶联反应[3]或alkyl-MgX与R3GeCl之间的转金属化反应[4]策略进行制备。然而,通过催化策略构建各类烷基锗分子的研究,却较少有相关的文献报道[5]-[7] (Scheme 1a)。这里,受到本课题组前期对于还原Csp2-Ge偶联反应[6]方法学的首次研究报道 (Scheme 1b)的启发,兰州大学的舒兴中课题组报道首例通过镍催化剂促进的烷基溴与氯锗烷之间的还原Csp3-Ge偶联反应方法学,进而成功完成一系列烷基锗(alkylgermanes)分子的构建 (Scheme 1c)。

首先,作者采用烷基溴1a与三甲基氯锗烷2a作为模型底物,进行相关反应条件的优化筛选 (Table 1)。进而确定最佳的反应条件为:采用NiCl2作为催化剂,L1作为配体,Mn粉作为还原剂,DMF作为反应溶剂,反应温度为0oC,最终获得79%收率的烷基锗产物3a

在上述的最佳反应条件下,作者首先对一系列烷基溴底物的应用范围进行考察 (Scheme 2)。研究表明,一系列具有不同基团取代的烷基溴底物,均能够顺利地参与上述的偶联过程,并以中等至良好的反应收率,获得相应的有机锗产物3b3o。同时,上述的还原偶联过程表现出极为优良的官能团兼容性。同时,作者发现,由药物probenecid (3p)、flurbiprofen (3q)以及简单天然产物menthol (3r)衍生的烷基溴底物,同样能够有效地参与上述的合成转化过程。之后,作者发现,上述的标准反应条件对于二溴代烷底物,同样能够以良好的反应收率,获得相应的双有机锗 (bis-germanium product)产物3s。然而,该小组进一步观察到,上述的标准反应体系对于二级烷基溴底物,则无法转化为预期的有机锗产物。

接下来,作者对各类氯锗烷底物的应用范围进行深入研究 (Scheme 3)。该小组发现,上述的标准反应条件对于各类烷基氯锗烷底物,均能够有效地兼容,并获得相应的有机锗产物3t3v (66-75% 反应收率)。同时,研究发现,上述的标准反应体系对于各类芳烷基氯锗烷底物,同样能够以良好的反应收率,获得预期的偶联产物3w3y

之后,该小组进一步研究发现,这一全新的偶联策略具有潜在的合成应用价值 (Scheme 4)。

接下来,作者通过化学计量反应实验的研究表明,反应过程中,烷基溴优先与Ni(0)配合物进行相应的氧化加成步骤 (Scheme 5a)。同时,该小组通过自由基钟实验的相关研究进一步表明,在烷基溴的活化步骤中,涉及自由基中间体的参与 (Scheme 5b)。

基于上述的实验研究以及前期相关的文献报道[8]-[9],作者提出如下合理的反应机理 (Scheme 6)。

总结

兰州大学的舒兴中课题组报道首例通过镍催化剂促进的烷基溴与氯锗烷衍生物之间的还原Csp3-Ge偶联反应方法学,进而成功完成一系列烷基锗分子的构建。这一全新的还原偶联策略具有反应条件温和以及良好的官能团兼容性等优势。

参考文献

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  • [3] W. Kitching, H. Olszowy, K. Harvey, J. Org. Chem. 1981, 46, 2423. doi: 10.1021/jo00324a052.
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  • (b) A. C. Spivey, C. J. G. Gripton, J. P. Hannah, C. Tseng, P. de Fraine, N. J. Parr, J. J. Scicinski, Appl. Organometal. Chem. 2007, 21, 572. doi: 10.1002/aoc.1270.
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