中国科学技术大学化学系傅尧教授

有机含硼化合物可以发生丰富的碳-硼键官能团转换, 形成碳-碳键或碳-杂键, 构建重要功能分子骨架, 在生物医药、合成化学等领域有广泛的应用^[1]. 在其转化形式中, 碳-硼键氧化有特殊的历史地位与合成价值. 烷基含硼化合物C(sp³)—B键氧化为C—O键是最早被发现的硼官能团转化模式, 伴随烯烃氢硼化反应的发展, 已经成为教科书收录的经典反应^[2-3](Scheme 1a). 同样, 烯基或芳基硼酸酯C(sp²)—B键氧化成羰基化合物或酚的方法也得到长足发展(Scheme 1b)^[4]. 相比之下, C(sp)—B键氧化过程至今仍是硼化学研究领域一项空白.

图式1  C—B键氧化反应

最近, 湖南大学化学化工学院赵万祥课题组在前期有机含硼化合物合成与转化研究的基础上^[5], 报道了首例C(sp)—B键氧化反应, 以端炔为原料, 炔基硼酸酯为反应过程中间产物, 便利合成羧酸、酯和酰胺等(Scheme 1c)^[6].

作者提出炔基硼酸酯的氧化过程可能涉及硼酸炔醇酯、烯酮等中间体(Scheme 2). 炔基硼酸酯在氧化条件下发生炔基B→O迁移生成硼酸炔醇酯, 进一步水解形成炔醇, 互变异构为关键中间体烯酮, 烯酮亲核加成生成目标产物. 氧化剂Oxone的选择是反应成功的关键因素: (1)由于存在竞争性的碳-碳三键氧化反应, 底物容易生成1,2-二酮副产物, 并进一步氧化成酸酐导致三键裂解; (2)炔基硼酸酯与水或醇等亲核试剂反应过程中, 可能发生脱硼质子化反应, 生成端炔并被氧化.

图式2  C(sp)—B键氧化反应的可能机理

反应具有广泛的底物适用范围和官能团兼容性(Scheme 3, 1～8). 芳基乙炔和烷基端炔都能有效转化. 亲核试剂类型涵盖了水、伯醇、仲醇、伯胺、仲胺等, 分别可以得到羧酸、酯和酰胺等产物, 展现出该方法的普适性. 反应虽然使用Oxone作为氧化剂, 仍然能够兼容烯基双键、苯并呋喃等氧化敏感官能团, 烷基卤素等具有重要合成化学价值的官能团也能保留.

图式3  底物范围

该反应在药物分子合成和多肽后期修饰方面具有应用潜力, 充分证明了该方法的实用性. 作者使用该反应实现了多种氨基酸和多肽的酰基化修饰, 以高收率得到相应的酰胺和肽, 为多肽的合成与修饰提供了高效、便捷的方法(Scheme 3, 8, 9).此外, 作者还展示了该反应在丙烯酸类非甾体抗炎药合成方面的应用和ACAT抑制剂(CI-1011)的关键中间体克级制备(Scheme 4).

图式4  药物分子合成

总之, 廉价Oxone氧化炔基硼酸酯为合成羧酸、酯和酰胺提供了一种有效且通用的方法. 该方法底物适用范围广泛, 官能团兼容性优良, 能够应用于药物分子合成和多肽后期修饰. 同时, 作为首例C(sp)—B键氧化反应, 该研究有望为硼化学和烯酮化学发展发挥作用. 

湖南大学化学化工学院赵万祥教授课题组

该文发表在Chin.J.Org.Chem.2020,40(8):2590-2591. 

DOI:10.6023/cjoc202000049, 

References

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