乙烯基硼酸根络合物的自由基-极性交换反应

有机硼酸及其衍生物是有机合成中极具合成价值的底物。该类底物制备简单，其中部分还获得了商品化，广泛地用于碳-碳键的形成反应中，其中著名的Suzuki-Miyaura偶联反应还曾获得2010年诺贝尔化学奖。然而，乙烯基硼酸衍生物作为自由基受体参与的反应却研究较少，乙烯基硼酸根络合物（vinylboron ate complexes）的自由基化学也尚未进行充分研究。近期，德国明斯特大学的Armido Studer课题组在Science上发表了文章，报道了碳自由基对乙烯基硼酸频哪醇酯的加成，及其加成产物的自由基极性交换反应。反应通过自由基诱导的1,2-烷基/芳基迁移一步构建了两个碳-碳键，且无需过渡金属催化剂，是一类非常重要的碳-碳键形成反应。

Armido Studer教授。图片来源：University of Münster

之前，一些课题组对乙烯基硼酸根络合物反应已做了一些研究。图1A是经典的Suzuki-Miyaura偶联反应，为两组分反应，需要加入过渡金属催化剂，最终仅形成一个碳-碳键。图1B则是Morken等人发展的三组分偶联反应，反应中原位产生乙烯基硼复合物，并在钯催化下和芳基卤化物发生反应，一步构建了两个碳-碳键，其中伴随着1,2-烷基/芳基迁移过程（Science, 2016, 351, 70-74）。这和传统的Zweifei反应（J. Am. Chem. Soc., 1967, 89, 3652-365）是类似的。如图1C所示，该过程通过乙烯基硼硼酸根络合物和卤素发生反应，乙烯基亲电卤化后发生1,2-烷基/芳基迁移，在无过渡金属催化剂的条件下一步构建了一个碳-碳键和一个碳-卤键。而本文的工作如图1D所示，乙烯基硼酸根络合物和烷基卤代物反应，经自由基过程发生1,2-烷基迁移，在无过渡金属催化剂的条件下一步构建了两个碳-碳键，是对Morken反应的重要补充。更重要的是，反应还可以采用全氟烷基自由基来构建含氟化合物。

图1. 乙烯基硼酸根络合物的反应多样性。图片来源：Science

如图2所示，作者设计了乙烯基硼酸根络合物的自由基极性交换反应并对可能的机理进行探讨。可能情况如图2A，乙烯基硼酸根络合物先和全氟烷基自由基发生自由基加成得到自由基负离子I，再和全氟烷基碘化物反应形成全氟烷基自由基和两性离子中间体II，II发生1,2-迁移得到产物III。另一种可能是经历了2B过程，自由基负离子I和全氟烷基碘代物反应形成含氟碳自由基和底物碘代的负离子中间体IV，IV发生1,2-迁移并对碘亲核取代得到产物III。

图2. 反应的设计及可能的机理。图片来源：Science

如图3所示，烯基硼酸频哪醇酯和烷基锂试剂反应得到乙烯基硼酸根络合物，随后与全氟烷基碘反应，最后在碱与双氧水存在的条件下氧化并水解得到含氟烷基修饰的仲醇或叔醇化合物。其中烯烃可以利用不同烷基者芳基修饰，不同底物都取得了中等到良好的产率。

图3. 自由基极性交换反应的底物扩展。图片来源：Science

如图4所示，为了验证该反应的实用性，作者还尝试了乙烯基硼酸根络合物与其它碘代物反应，当选用不同取代基取代的碘代乙酸乙酯参与反应时，碱性条件下发生水解后会原位发生分子内酯化反应以中等到良好的收率得到α-位取代的五元环内酯。当选用碘代的乙腈时，会得到β-位氰基仲醇或叔醇，产物还可以进一步衍生化得到有用的合成子。如图4C，乙烯基硼酸根络合物的自由基极性交换反应的产物硼酸频哪醇酯分离后也可以进行后续的反应，比如和呋喃锂试剂或者噻吩锂试剂发生亲核取代反应构建季碳中心，还可以和Togni’s试剂反应生成三氟甲基取代的仲醇或叔醇，进而用于药物分子的合成中。

图4. 反应的多样性。图片来源：Science

——总结——

Armido Studer课题组报道了一类非常重要的碳-碳键形成反应：通过碳自由基或者全氟烷基自由基对乙烯基硼酸根络合物加成，经1,2-烷基/芳基迁移，无需过渡金属催化剂参与，一步构建了两个碳-碳键。该反应温和，操作简便，产率也十分理想。更重要的是，全氟烷基取代的仲醇或叔醇可用于进一步的衍生化，在有机与药物合成中具有重要应用价值。

Radical-polar crossover reactions of vinyl boron ate complexes

Science, 2017, 355, 936-938, DOI: 10.1126/science.aal3803