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温文、高效、简练:铁催化氮宾参加的P–N偶联反响

发布时间:2021-09-29 04:19:04 来源:lovebet官网app

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  南开大学陈弓教授课题组开展了一例铁催化氮宾参加的P–N偶联反响,该办法以廉价的氯化铁作为催化剂,二噁唑酮(dioxazolones)作为氮宾前体,能够在温文条件下完结了多种不同含膦化合物的高效胺化反响,为含P–N化合物的组成供给了新的途径。

  P–N或P=N键广泛存在于各类生物活性分子、配体以及催化剂中。传统的构筑P–N键办法主要有两种,分别是有机膦与叠氮化合物的Staudinger反响以及胺对膦卤化合物的亲核替代反响。这两类办法所运用的质料具有潜在的爆炸性或较大的毒性,约束了其在组成中的运用。理论上讲,根据膦亲核试剂与氮亲电试剂的替代反响,将会为含P–N化合物的组成供给一种高效简练的办法。因为氮亲电试剂的品种较为缺少,导致这种战略的开展一向较为缓慢。

  二噁唑酮作为一种简略易得的氮宾前体,被广泛运用于各种亲电胺化反响中(ACS Catal. 2020, 10, 4751-4769)。1968年,Sauer和Mayer初次报导了二噁唑酮可由羧酸化合物经过两步反响高效组成,并发现二噁唑酮化合物在光或热的效果下能够经过脱除CO2,生成酰基氮宾,与二甲基亚砜产生氮宾搬运反响,生成N-乙酰磺酰亚胺(Tetrahedron Lett. 1968, 9, 319-324)。2014年,Bolm课题组以钌协作物作为光催化剂,完结了二噁唑酮对亚砜或硫醚的胺化反响(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 5639-5642)。2018年,Chang教授课题组运用二噁唑酮作为氮宾前体,在铱催化效果下,经过脱除CO2,构成铱氮宾中间体,随后经由协同刺进机理(CMD),完结分子内C–H键胺化反响(Science 2018, 359, 1016-1021)。最近,陈弓教授课题组与Chang教授课题组协作,以二噁唑酮作为氮宾前体,在[Cp*IrCl2]2或FeCl2的催化下,完结了金属氮宾与N-烷基芳胺的N-N偶联反响,组成了一系列酰基肼类化合物。机理研讨标明,N-烷基芳胺经过N-H键与催化剂中氯原子相互效果,完结了芳胺对铱氮宾中间体的亲核进攻构筑N-N键(Nat. Chem. 2021, 13, 378-385)。

  遭到上述硫醚/亚砜胺化及N–N偶联反响的启示,作者猜测,能否使用二级膦(R2PH)作为亲核试剂,完结其对金属氮宾中间体的捕获然后构筑P–N键?开始测验证明了作者的猜测。作者经过条件优化,发现FeCl24H2O (5 mol%)作为催化剂,二噁唑酮 (1 equiv),R2PH (2 equiv),DCE为溶剂时为最优条件。因为产品遇空气及柱层析易被氧化,作者在反响完结后向系统中参加BH3THF (2 equiv),可得到安稳的酰胺基膦产品d (Condition [A])。假如参加过量的BH3THF (5 equiv)会将产品d中的羰基复原,得到胺基膦产品e (Condition [B])。假如将二噁唑酮的量添加至2.5 equiv,可选择性得到亚胺基膦酰胺b (Condition [C])。(如图2)。

  根据此最优条件,作者对底物适用范围进行了调查。关于3-替代二噁唑酮,一般烷基(5, 9)、芳基(11)、卤素(5)、烯基(8)、炔基(6)、NPhth (7)等均能较好的忍受,但过量的硼烷会将烯烃、炔烃复原而得不到e类胺基膦化合物(6e, 8e)。关于二级膦底物,非对称的苯基异丙基膦可顺畅进行(13),二环己基膦也能以中等收率得到方针产品(14)。该反响对位阻较为灵敏,跟着二噁唑酮位阻的增大,反响活性下降。如关于3-环己基二噁唑酮,即便在高浓度下,也只能以较低的收率得到双胺化产品(10b)。二叔丁基膦无法顺畅转化为双胺化产品(15b)。关于二苯基膦氧化合物4,反响活性大大下降,只能以12%收率得到方针化合物(3c)。亚磷酸二乙酯化合物活性进一步下降,不能得到方针产品(17)。作者估测,R2P(O)H类化合物或许因为膦的亲核性及配位性较弱,无法完结对氮宾的有用捕获。

  随后作者测验一锅法组成非对称双胺化产品(图3)。化合物3d与Et3N效果可原位脱除BH3,在铁催化下进一步与另一分子二噁唑酮反响,可得到非对称的双胺化产品18。双胺化产品可作为(PN2)双氮配体与金属配位,如化合物3b,在碱的效果下可与[Cp*RhCl2]2络合,得到Cp*(PN2) Rh协作物19。酰胺基膦产品可作为膦配体或膦-氧配体与金属配位,如产品3a与[Cp*RhCl2]2或[Cp*IrCl2]2络合可分别得到混合物20-M及21-M。产品份额受温度影响较大,如20-Rh/21-Rh: 1/1.6 (35 ℃), 1/9 (55 ℃)。该试验结果标明,胺基膦结构可作为支撑配体与过渡金属构成安稳的协作物。

  随后作者调查了三级膦与二噁唑酮的反响性(图4),铁催化下,三苯基膦、三环己基膦均能与3-甲基二噁唑酮顺畅产生胺基化反响,得到相应的亚胺基膦化合物(22,23),位阻更大的三叔丁基膦,也能以85%收率得到方针化合物24。随后作者测验对一系列有机膦配体进行胺基化润饰,均以中等至优异的收率得到方针产品(25-29)。反响受二噁唑酮位阻影响较大,Cα-替代二噁唑酮无法得到方针产品32。关于三烷氧基替代的膦如亚磷酸三乙酯,反响能够84%收率得到方针化合物33。

  图5. DFT机理研讨 (Gaussian-16, A03, (U)PBE0-D3(BJ)/Def2-TZVPP (SMDDCE)//(U)PBE0-D3(BJ)/Def2-SVP (gas))

  作者经过DFT核算对反响机理进行了具体研讨(图5)。FeCl2与FeCl24H2O具有类似的反响性,为简化条件,作者以FeCl2、PPh3、3-甲基二噁唑酮为模型底物对机理进行了研讨。核算结果标明,五重态具有较低的势能面。最优反响途径如图5b所示,首要FeCl2与底物配位生成5[Fe]DPP,其阅历过渡态5[Fe]DPP-TS脱去CO2得到酰基氮宾中间体5[Fe]NPP;该中间体易产生复原消除,经由过渡态5[Fe]NPP-TS得到P–N偶联产品,该进程能垒仅为1.2 kcal/mol;随后产品从金属中心解离完结催化循环。进一步对要害过渡态5[Fe]NPP-TS进行弱相互效果剖析发现,该结构中存在较强的PO相互效果,然后较大程度上下降了复原消除进程的能垒。作者核算了其他或许的反响途径,如图5c,单膦配位进程其复原消除对应的过渡态5[Fe]NP-TS势能为-9.3 kcal/mol,与较为有利的双膦配位进程仅相差2.0 kcal/mol,因此该途径或许会作为竞赛进程生成方针产品。如图5d,PPh3对5[Fe]N中间体的外球亲核进攻进程,过渡态势能为0 kcal/mol,为反响的非必须途径。

  综上所述,南开大学陈弓课题组开展了一种铁催化氮宾参加的P–N偶联反响,反响以简略易得的二噁唑酮作亲电试剂,含膦化合物为亲核试剂,完结了温文条件下多种含P–N化合物的高效组成。机理研讨标明,首要磷原子经过孤对电子与铁氮宾中间体配位今后产生复原消除构筑P-N键。该作业以Communication的方式宣布在CCS Chemistry,已在官网“Just Published”栏目上线。值得说到的是,大连理工大学包明教授,于晓强教授团队早前也报导过相关氯化铁催化N-P成键反响的专利(CN109762017)并与近期宣布了对此反响系统的进一步研讨 (Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 16426-16435)。

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