JACS：可见光诱导的卡宾插入反应

来源：CBG资讯

        一直以来，C-X键的构建是有机合成中的基础，引起了研究人员广泛的兴趣。尤其是C-B键的构建，其可用来合成许多具有价值的化学分子。因此，近年来研究人员发展了许多简单、温和、高效的方式来构建有机硼化合物。

迄今为止，过渡金属催化的卡宾插入反应被广泛应用于C-X键的选择性构建上，在这些方法中，卡宾插入到N-H、O-H、S-H及Si-H键中的方式已经发展得很好，但是卡宾插入到B-H键中的方法却研究得很少。其中，Fischer类型的金属卡宾插入到B-H键中仍旧是一个巨大的挑战，这是由其本身缺电的性质决定的。为了解决这个问题，研究人员通过路易斯碱来活化硼烷，使卡宾更加容易插入。另外，Curran及Zhou课题组分别报道了过渡金属催化的卡宾插入反应。随后，研究人员发展了许多不同的体系来实现此过程，但是这些方法均需要吸电性的取代基来稳定重氮化合物，而且这些重氮化合物还具有易爆炸的潜在危险性。尽管通过卡宾插入反应选择性构建B-H键的研究已取得了这些进展，发展新型的卡宾前体来实现B-H键插入反应仍然具有一定的研究价值。

最近，德国明斯特大学的Frank Glorius课题组利用亲核性的α-硅氧卡宾实现了可见光诱导的缺电性的B-H键插入反应，合成了一系列α-烷氧基硼酸酯化合物。据文献报道，酰基硅化合物经光照可发生1,2-迁移产生α-硅氧卡宾，这是一个多功能的合成中间体，但由于严苛的反应条件限制了其进一步应用。作者设想这个富电性的卡宾可能会插入到缺电性的B-H键中，从而实现了温和条件下的卡宾插入反应。相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.9b08960）。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

首先，作者采用3-苯基丙醇基三甲基硅烷（1a）与HBpin为模板底物在光照下进行条件优化（Table 1）。通过对溶剂、反应温度及反应浓度等条件的优化，作者得出了以下几个结论：1）反应对水、氧敏感；2）光照强度对于反应没有太大的影响，这有利于反应的放大；3）反应完成后只需简单浓缩即可得到目标产物。最后作者确定的反应条件为：正己烷为溶剂，室温下3 W蓝光照射12 h，最终以定量的收率得到目标产物。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

确定反应最优条件后，作者对反应的普适性进行了考察（Table 2）。首先作者对含硅基的底物进行了扩展，除了TMS基团，TES、TBS、TIPS、DMPS基团均可以以定量收率得到目标产物。另外，一级及二级烷基酰基硅均可以参与到反应中，但位阻较大的三级烷基酰基硅并没有得到目标产物。随后，作者考察了反应的官能团耐受性，其中烯烃、卤素、叠氮、OTs基团、邻苯二甲酰亚胺、磺胺、Boc保护的胺、磺酰基、酯基等基团均能兼容反应条件。杂环化合物，包括呋喃、噻吩等，对于反应并没有影响。芳香酰基硅化合物也能参与到反应中，并高收率地得到目标产物。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

最后，作者对于反应的机理进行了研究。作者首先对底物进行了紫外/可见光谱测试，发现只有酰基硅具有吸光性；随后通过控制实验表明α-硅氧卡宾可能经酰基硅T1态路径形成。另外，作者通过DFT理论计算验证了反应的整个历程。

小结：Frank Glorius课题组发展了一种可见光诱导的自由基对B-H键的插入反应，合成了一系列α-烷氧基硼酸酯化合物。该反应无需金属催化，条件温和，且官能团耐受性好，易于放大，原子利用率高。