铁催化烯烃的硼化反应及其机理研究

In our previous study, iron catalyzed hydroboration of non-functionalized alkenes with bis(pinacolato)diboron was realized. Without ligands and reducing reagent such as Grignard reagent or sodium triethylborohydride, this reaction is not sensitive to air and water, and suit for substances with various functional groups. And the reactions are little different in different solvents. When the reaction was carried out in THF, a small amount of water or alcohol was need for the supply of “hydrogen”. By contrast, no water or alcohol was needed if the reaction was carried out in acetonitrile, and the “hydrogen” was supplied by the solvent. It is attributed to the different mechanism in different solvents. In this context, the mechanism of this iron catalyzed hydroboration of alkenes will be studied, especially the function of iron catalyst and the effect of the solvent. Then, based on its especial hydrogen transfer mechanism, many reactions of alkenes will be explored, including B-X difunctionalization, intramolecular borylation-cyclization cascade reaction, enantioselective hydroboration of disubstituted alkenes, etc.. Finally, these methods will be applied to the synthesis of medicines.

前期研究中，申请人以双(频哪醇合)二硼为硼源，廉价易得、低毒、环境友好的铁盐为催化剂，实现了非官能团化烯烃的硼氢化反应。反应体系无需加入配体和格氏试剂或三乙基硼氢化钠等还原试剂，具有条件温和，对空气、水不是很敏感，官能团容忍度大的优点。同时，在不同的溶剂中，反应有所不同：当以四氢呋喃为溶剂时，反应体系需加入适量的水或醇，为反应提供所需的“氢”；当以乙腈为溶剂时，反应体系无需加入水或醇，反应所需的“氢”来自溶剂。这可能是由于在不同溶剂中反应机理不同造成的。本项目将对这一铁催化的硼氢化反应的机理进行研究，揭示铁在反应过程中的催化机制，全面考察溶剂对反应的影响，探讨不同溶剂中的反应机理。然后，利用其独特的夺氢机制，进行方法学拓展，完成烯烃的硼－X双官能团化、分子内硼化－环化串联反应、双取代烯烃的不对称催化硼氢化等反应，并将其应用于药物合成。

铁系催化剂具有价廉易得、低毒、环境友好等优点，近年来备受研究者关注。本项目以廉价易得的铁盐为催化剂，重点研究了多种烯烃底物的硼化反应；在研究过程中还发现了一些环境友好的合成方法，具体包括：（a）以氯化亚铁为催化剂，联硼酸频哪醇酯为硼化试剂，实现了非活化芳基烯烃的反马氏硼氢化反应；（b）以氯化亚铁为催化剂，实现了含三氟甲基烯烃底物的硼化/脱氟反应，生成了偕二氟烯丙基硼酸酯产物，生成的偕二氟烯丙基硼酸酯化合物具有较高的反应活性，易于转化为相应的偕二氟烯丙醇、二氟甲基取代的硼酸酯、二氟取代高烯丙醇化合物，并可用于γ-氨基丁酸受体激动剂的制备；（c）以氯化铁/1,3-双(二苯基膦)丙烷为催化体系，实现了3-芳基碳酸烯丙酯底物的硼化/环化反应，以较高的收率和很好的立体选择性得到了一系列环丙基硼酸酯化合物；（d）以氯化亚铁/三苯基膦为催化剂，利用烯丙基碳酸酯与联硼酸频哪醇酯反应合成一系列烯丙基硼酸酯；（e）以氯化亚铁/三正丁基膦为催化剂，在硼酸存在的条件下，利用烯丙基醇与联硼酸频哪醇酯反应合成一系列烯丙基硼酸酯；（f）铁/碘协同催化下，醛基通过氨氧化反应转化为氰基，该方法已成功第应用于治疗痛风药物非布司他的合成；（g）合成了1,8-萘酰亚胺类铁硫簇化合物；（h）研究了2-异腈基联苯的环化反应，得到6-烃硫基菲啶衍生物和6-三氯甲基菲啶衍生物；（i）通过三氟甲磺酸三氟甲基烯基酯的水解/异构化反应制备了1-芳基-4,4,4-三氟甲基-1-丁酮。