姜超课题组JACS:烷基锆偶联化学取得进展

mifeng

南京理工大学化工学院姜超课题组在化学顶级期刊 《J. Am. Chem. Soc.》杂志在线发表了题为“Chemoselective Cross-coupling of gem-Borazirconocene Alkanes with Aryl Halides”的研究论文（https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c03821）。有机锆试剂在烷烃长链上行走（“链行走”）并活化远端化学键特性被发现近半个世纪来（1974年），如何控制锆金属的选择性迁移，迁移方向以及如何活化烷烃端头单键等科学问题一直没有被解决。作者近期发现了烷基锆远程迁移的可控性，实现了硼酸酯对锆试剂“链行走”远程迁移的导向控制，高效构建了同碳锆硼物种。在此基础上，作者进一步开发了简单可见光促进镍催化的烷基锆硼试剂与芳基卤化物交叉偶联方法，实现了具有手性中心的二级烷基硼试剂的高效合成。

       本研究是该科研团队在突破可见光促进单一镍催化的烷基锆交叉偶联反应后的又一新的方向（https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.12.010，Chem2020, 6, 675-688）。烷基锆试剂具有“链行走”远程迁移特点，但是锆试剂远程迁移通常生成热力学稳定的端头一级锆试剂，而由热力学稳定的一级锆试剂通过“链行走”远程逆迁移生成二级烷基锆试剂并没有被发现。该研究团队实现了通过端位硼酸酯基团诱导锆试剂选择性远程迁移方向的控制，成功实现了一级锆试剂远程逆迁移生成二级烷基锆硼试剂的过程。作者还通过DFT 计算具体探索了硼酸酯导向锆试剂迁移的详细过程，解析了烷基锆硼试剂稳定性及其高反应活性的原因。

三维立体分子

       由于可以实现复杂分子特别是三维立体分子的快速构建，双金属烷基试剂的化学选择性交叉偶联反应具有广泛的合成应用价值。在已报道的双金属试剂中，烷基锆硼试剂由于锆和硼具备不同反应活性并且具有制备简单、操作方便、官能团耐受性良好等特性被认为是极具潜力的有机合成单元。姜超课题组基于大量的尝试与探索，在前期工作基础上，发现了烷基锆硼试剂的光活性，进一步发展了简单可见光促进镍催化的烷基锆硼偶联方法。该反应无需添加剂，区域选择性高，并且具有广泛的普适性以及良好的官能团耐受性，包括酯基，氰基，一级醇，酰胺等一系列芳基卤化物都可以在温和的室温光照条件下实现与烷基锆硼试剂的偶联反应，高效构建一系列苄位二级烷基硼试剂。该偶联反应可以克级规模放大，并且可以运用到复杂天然产物的后期修饰过程中。作者还对该反应进行了不对称偶联尝试，可以高区域选择性及高对映选择性地完成更手性烷基硼试剂的合成。
综上，姜超课题组实现了烷基锆硼试剂在交叉偶联反应中的广谱性应用，发现并验证了硼酸酯对锆试剂“链行走”远程迁移的导向控制过程。为锆化学领域选择性远程迁移，远端活化化学键提供了新思路，为硼化学领域快速构建手性烷基硼试剂提供了新方法。
       姜超课题组与北京生命科学研究所齐湘兵课题组联合培养的博士生杨超是本文第一作者，南京理工大学博士生高亚东、2020级北京大学、清华大学和北京生命科学研究所联合培养博士研究生项目（PTN项目）学生白松霖对本工作有重要贡献，该研究由国家自然科学基金、南京理工大学、江苏省高等学校优先学术发展项目、科技部973项目资助。
       全文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c03821
       课题组链接：http://synking-chem.com/
       文章来源：南京理工大学
       姜超，南京理工大学化工学院副教授。主要研究方向：有机化学中新合成方法，金属催化有机反应，药物中间体的合成。2013年度南京理工大学“紫金之星”人才计划科研启动基金。