Ni催化硼对苯并呋喃的插入

在现代有机合成化学中，有机硼化物是一类非常重要的反应砌块，其广泛的应用于医药、功能性材料、生物试剂的制备中。近年来，含有π-共轭体系的含硼（B）杂环也受到了越来越多的关注：由于硼具有独特的p- 空轨道，因此在有机分子中引入硼，可以很好地改变其荧光性质（Figure 1a）；另一方面，含硼杂环化合物也可以作为抗菌试剂或者糖类传感器，在医药和生物制剂上得到了很好地应用（Figure 1b）；此外，硼杂苯类化合物（也被称为borin）也吸引了有机金属化学家的兴趣，其中，2H-氧杂硼杂苯，是一类很好地合成中间体和荧光分子（Figure 1c）。本文主要报道了京都大学Hideki Yorimitsu课题组完成的Ni催化硼对苯并呋喃C2-O键插入得到2H-氧杂硼杂苯类化合物。

Figure 1. 具有代表性的π-共轭硼杂环。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

虽然π-共轭硼杂环具有非常广泛的应用价值和前景，但是目前文献中报道的合成方法多数需要强路易斯酸性的硼卤代物和有机金属试剂在非常苛刻的条件下反应，因 此，开发新的合成方法是十分有意义的。作者课题组最近致力于“芳环变性”：通过部分的打开芳环，将其变成另一个环状骨架。基于此，他们首次报道了通过打破 芳杂环的芳香性，在环中引入一个B原子，直接合成π-共轭硼杂环。

Scheme 1. 底物普适性研究。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

经过条件筛选，作者得到最优条件为：NiCl₂(PPh₃)Ipr做为催化剂，B₂(pin)₂为硼源，Cs₂CO₃为碱，100 ℃在甲苯中反应（Scheme 1），通过酸化猝灭反应，最终得到2a为主要产物。并且其结构也通过了¹H、¹³CNMR，HRMS和X-ray 晶体衍射的确认，并且被没有检测出之前文献中报道主要发生烷基化/芳基化的副产物(E)-2-[2-(频哪醇硼酯基)乙基]苯酚。在此基础之上，对底物苯并呋喃1的普适性进行了研究（Scheme 1）。首先，在Ni催化剂下很容易发生反应的酯基、甲氧基、F等官能团都具有有很好的耐受性（2b, 2e, 2h, 2j）；可能发生脱硅基保护的硅醚类底物也能够得到目标产物（2c）；含缩醛、二级胺等官能团底物也能够反应。此外，将π-系统延伸到萘环，反应收率也理想（2m-2o）。虽然2-位取代的底物由于位阻反应产率较低，但是由位阻较小的配体IMes代替IPr，也能够得到73%收率（2p）；7-位取代的苯并呋喃，提高催化剂的用量到10%，也能够得到理想的收率（2q）。

Scheme 2. 反应机理。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

随后，作者对反应机理进行了研究（Scheme 2）。首先Cs₂CO₃调节B₂(pin)₂还原Ni(II)催化剂得到IPr-Ni(0)物种，其与1对C-O键氧化加成得到Ni(II)中间体1-Ni，之后通过和B₂(pin)₂转金属得到1-Ni-B，C-B键还原消除得到产物2a’，2a’经过酸解可以得到终产物2，并且2a’在反应体系中会析出，可以通过过滤得到，使用CD₃CN作溶剂，可以得到其¹HNMR数据。

产物2和螺环产物2a’可以经历一系列的转化（Scheme 3）。2在酸性条件室温时非常稳定，但是在醋酸条件下100 ℃可以质子解得到3g。2a’的C-B键在I₂存在下也可以发生碘化，得到双键构型翻转的E型产物4a。该方法学的粗产物也可以经历Pd催化的羰基化偶联，得到香豆素5a。并且，反应体系也可以通过一锅法串联Suzuki-Miyaura反应，得到Z型芳基化产物。特别地，产物2o通过BCl₃温和地氯化B-OH键，紧接着与芳基格式试剂偶联得到产物7，具有很强的蓝色荧光，并且荧光量子产率达到40%。DFT计算表明，7的萘环和甲苯基共平面，其LUMO和HOMO轨道由于硼杂苯体系的存在，具有很高的离域性。

Scheme 3. 衍生化研究。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

—— 小结 ——

Yorimitsu 课题组首次报道了Ni-NHC催化硼对芳杂环的插入反应，并且在Ni对苯并呋喃环插入时具有很好的选择性。产物硼杂苯可以实现多种转化，是一种非常有前景 的反应砌块。由于有机硼化物在合成工业和材料化学中是一类无与伦比的中间体，这种插入反应可以为新型的硼杂环化合物的合成提供强有力的帮助。

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b10255

Nickel-Catalyzed Boron Insertion into the C2–O Bond of Benzofurans

J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 15315-15318, DOI: 10.1021/jacs.6b10255