宋秋玲教授课题组ACS Catal.：轴手性1,3-二烯硼化合物的合成

手性有机硼化合物由于其性质稳定，可以很容易地转化为各种官能团，在有机合成、农用化学品、药物化学和材料科学中具有重要的价值，因此，开发新型的手性有机硼化合物的合成方法具有重要的意义。相对于发展成熟的烯烃的不对称官能团化合成有α-碳中心手性的手性有机硼化合物，炔烃的不对称双官能团化合成轴手性烯基硼化合物的模式非常有限 (Nat. Synth. 2023, 2, 140-151, 点击阅读详细)，这限制了手性有机硼化合物的多样性和复杂性的发展 (图1A)。1,3-烯炔作为一种同时包含碳碳双键和碳碳三键的不饱和化合物，其不对称硼化官能团化取得了重要的发展。然而，现有的研究只能实现1,3-烯炔的1,2-或1,4-选择性双官能化合成相应的中心手性烷基硼化合物或轴手性联烯基硼化合物 (图1B)，其反应启动步骤均需要先与碳碳双键发生反应后进行。因此探索一种新型的反应模式避免与碳碳双键发生反应，并优先与碳碳三键发生反应合成轴手性1,3-二烯硼化合物是迫切需要的。目前，1,3-烯炔的3,4-硼氢化、硼化烷基化等反应已经逐渐被开发出来，但1,3-烯炔的3,4-芳基硼化反应仍是未知。因此，高选择性的合成轴手性1,3-二烯硼化合物仍然是一个挑战。

福州大学宋秋玲教授（点击查看介绍）课题组一直致力于硼化学的研究。受之前轴手性烯基硼化合物合成工作的启发 (Nat. Synth. 2023, 2 , 140-151, 点击阅读详细)，近日宋秋玲教授课题组在ACS Catalysis 上报道了在铜钯协同催化1,3-烯炔区域、化学、立体以及轴向选择性的芳基硼化反应，合成功能富集的轴手性 1,3-二烯硼化合物 (图1C)。该方法反应条件温和，官能团耐受性良好，具有优异的立体选择性、化学选择性、区域选择性和对映选择性。生物活性化合物或药物分子的后期功能化和多种轴手性的烯烃催化剂和配体的合成进一步说明了此类轴手性1,3-二烯硼化物的实用价值。机理实验和密度泛函理论（DFT）计算示了铜和钯协同催化的过程，表明了化学选择性和区域选择性由Cu-Bpin插入步骤决定，而对映选择性则由手性Pd中心的还原消除控制。同时，计算还证明了在关键过渡态中P=O和C=O基团与Pd或Bpin中心的存在不同相互作用，导致采用相同构型的配体时会生成不同构型的产物。

图1. 研究背景

作者通过一系列条件优化实验确定最优条件后，对一系列底物的兼容性进行了考察 (图2、图3)。这种新颖的轴向选择性1,3-烯炔的芳基硼化反应具有广泛的底物范围，不仅适用于不同取代的1,3-烯炔，而且还可以兼容不同含羰基、膦氧化合物的芳基溴化物。

图2. 1,3-烯炔和含膦氧化物的芳基溴化物的底物范围

图3. 1,3-烯炔和含羰基芳基溴化物的底物范围

为了说明该反应出色的官能团兼容性，作者选择了一系列生物活性分子和药物分子衍生的1,3-烯炔或芳基溴化物，在标准反应条件下以优异的轴向选择性或非对映选择性得到轴手性1,3-二烯基硼化合物，该方法可成为修饰其它生物活性分子的便捷途径 (图4)。

图4. 生物活性化合物或药物分子的后期功能化

为了进一步探究该轴手性1,3-二烯基硼化物在合成上的应用价值，作者进行了放大反应后实现了一系列的转化 (图5)，值得一提的是，可以便捷的获得一系列的轴手性烯烃催化剂和配体。

图5. 应用和转化

与郑州大学蓝宇教授课题组合作，作者通过机理实验和DFT计算表明，硼化反应的化学选择性和区域选择性是由Cu-Bpin插入步骤决定的，而硼化反应的轴向选择性是由手性Pd中心的还原消除过程控制的。同时，计算还表明，C=O与钯中心的配位以及P=O与Bpin在关键过渡态的不同配位形式导致了不同的轴向选择性 (图6、图7) 。

图6. 化学选择性、区域选择性和立体选择性的成因研究

图7. 对映选择性成因研究

该研究成果近期发表在ACS Catalysis 上，论文通讯作者为福州大学宋秋玲教授和郑州大学蓝宇教授，实验部分由福州大学研究生李汪洋、郑艳萍、鲁勇等完成，理论计算由河南师范大学陈豪华博士完成。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Copper- and Palladium-Cocatalyzed Chemo-, Regio-, Stereo-, and Atroposelective Arylboration of 1,3-Enynes

Wangyang Li, Haohua Chen, Yanping Zheng, Yong Lu, Jinhui Xie, Shanglin Chen, Yu Lan*, and Qiuling Song*

ACS Catal., 2024, 14, 11318–11331, DOI: 10.1021/acscatal.4c03301

宋秋玲教授课题组

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