【有机】维尔茨堡大学JACS：通过硼基插入法从氮杂[5]螺旋烯合成准[7]环烯- 大数跨境

X-MOL资讯

2022-12-09

导读：德国维尔茨堡大学的研究团队，联合来自巴西里约热内卢联邦大学的Simon J. Garden教授，提出了一种硼基插入法的合成策略以实现从螺旋烯合成准环烯（图1d）。在[5]螺旋烯的两个末端芳环间插入一个

螺旋烯是由邻位稠合芳环组成的螺旋形多环芳烃。环烯是由稠合芳环形成的大环芳烃。1972年，Wynberg从[6]螺旋烯出发，经由一类准[7]环烯中间体，完成了首例环烯的合成。螺旋烯和环烯的内在联系为基于衔接上述两类结构的准环烯的分子工程提供了潜在的空间。然而，目前从螺旋烯合成准环烯的方法主要依赖于两个末端芳环间碳碳键的生成，且这类反应通常需要较苛刻的反应条件（图1）。

图1. 通过螺旋烯中两个末端芳环的环化合成准环烯。

近日，来自德国维尔茨堡大学的研究团队，包括张晓磊博士、Agnieszka Nowak-Król助理教授、Todd B. Marder教授，联合来自巴西里约热内卢联邦大学的Simon J. Garden教授，提出了一种硼基插入法的合成策略以实现从螺旋烯合成准环烯（图1d）。在[5]螺旋烯的两个末端芳环间插入一个硼原子可以一步合成准[7]环烯。而该策略的关键在于实现螺旋烯边缘上碳氢键的选择性硼化。芳香族化合物中的碳氢键可以通过直接硼化实现功能化，但在多个相似的sp² 杂化的碳氢键存在下，区域选择性通常难以控制。

图2. 氮杂[5]螺旋烯的亲电硼化反应。反应条件: i) BBr₃ (3.0 equiv.), i-Pr₂NEt (1.0 equiv.), CH₂Cl₂, 50 ℃, 4 h; ii) For 2a-2e, NEt₃ (10.0 equiv.), pinacol (4.0 equiv.), CH₂Cl₂, 50 ℃, 6 h; For 2f, AlMe₃ (4.0 equiv.), CH₂Cl₂, RT, 1 h; For 2g, Et₃N (10.0 equiv.), 1,8-diaminonaphthalene (4.0 equiv.), CH₂Cl₂, 50 ℃, 6 h; For 2h, Et₃N (10.0 equiv.), (R,R)-hydrobenzoin (4.0 equiv.), CH₂Cl₂, 50 ℃, 6 h.

该团队首先通过胺化和环化反应从2-氯菲罗啉和苯胺出发合成了苯并[4,5]咪唑并[1,2-a][1,10]菲罗啉，即氮杂[5]螺旋烯。然后在N,N-二异丙基乙胺存在下，氮杂[5]螺旋烯与三溴化硼（BBr₃）反应以获得 BBr₂ 功能化中间体，然后用三乙胺和频哪醇处理这些中间体以获得所需的硼化准[7]环烯产物（图2）。该亲电硼化反应效率高（产率65%至87%）、选择性好（单一反应位点）。从商业化的原料合成稳定的准环烯产物仅需三步。高选择性的硼化源于菲罗啉部分氮原子的导向作用，经由了一类不常见的含硼七元环结构。

图3. (a) (P)-2a 的分子结构。(b) 2a的分子堆积排列示意图。(c) “碗”深度的侧视图。(d) 2a 的空间填充堆积图。

图4. (M)-2a到(P)-2a碗型翻转动力学示意图。

该团队发现，区别于氮杂螺旋烯底物具有的螺旋型结构，晶体结构显示一系列合成的准环烯产物显示出碗型结构，中央七元环包含一个 B←N 键，“碗”的深度为 1.62–1.73 Å（图3）。在准[7]环烯2a的晶体结构中，存在两种不同的对映异构体，即构象异构体(P)-2a和(M)-2a在晶体中以1:1的比例共存。其固有手性可以称为“碗手性”。有意思的是，这类碗形准[7]环烯表现出与温度相关的动力学行为。在室温下，该团队观察到碗型翻转。理论计算揭示了手性碗2a进行碗型翻转所需的能量为17.5 kcal/mol（图4）。该能垒说明其碗型翻转行为可以在室温下顺利进行。而在升高的温度下，碗型与其开放的螺旋型处于动态平衡。这是由于在高温下，B←N配位键被弱化的原因，进而导致Bpin基团可以自由旋转（图5）。

图5. 准环烯2d的变温核磁共振氢谱 (400 MHz, pyridine-d₅)。●: 正己烷, *: 二氯甲烷, ○: 吡啶。

最后，作者们研究了这类准环烯的光物理性质，相比于氮杂螺旋烯，硼化导致荧光发射光谱明显红移和斯托克位移大幅增加，这可能与新引入的硼基官能团的振动模式（如：碗型翻转）相关。综上，该国际化研究团队开发的硼基插入策略为合成准环烯提供了一种新的思路，并揭示了该类分子对温度响应的碗型翻转和碗型到螺旋型转变的动力学性质。相关研究成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，主要完成者为张晓磊，他与Agnieszka Nowak-Król、 Simon J. Garden、Todd B. Marder为共同通讯作者。该研究得到了维尔茨堡大学、洪堡基金会和德国研究基金会等计划的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Electrophilic C–H Borylation of Aza[5]helicenes Leading to Bowl-Shaped Quasi-[7]Circulenes with Switchable Dynamics

Xiaolei Zhang*, Florian Rauch, Jan Niedens, Ramon B. da Silva, Alexandra Friedrich, Agnieszka Nowak-Król*, Simon J. Garden*, and Todd B. Marder*

J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 22316–22324, DOI: 10.1021/jacs.2c10865

点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊

【声明】内容源于网络

X-MOL资讯

“X-MOL资讯”隶属于X-MOL学术平台（官网x-mol.com），关注化学、材料、生命科学、医学等领域的学术进展与科研前沿，提供专业与深度的内容。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的新近论文，支持个性化浏览。

内容 19833

粉丝 0

X-MOL资讯 “X-MOL资讯”隶属于X-MOL学术平台（官网x-mol.com），关注化学、材料、生命科学、医学等领域的学术进展与科研前沿，提供专业与深度的内容。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的新近论文，支持个性化浏览。

总阅读1.6k

粉丝0

内容19.8k