基于二芳基亚硼酸的过渡金属催化芳基化反应研究

This project aims to develop transition metal catalyzed arylation reactions of aryl, vinyl and alkyl halides,organic amines, alcohols, phenols, alkenes, alkynes and carbonyl compounds with diarylborinic acids, which could be readily obtained from the corresponding Grignard reagents and cost-effective trialkyl boronates. The reactive mimics of diarylborinic acids that transfer aryl groups to oxidation-state transition metal species in the transmetallation step of the catalytic cycles will be synthesized and analysized by X-ray diffraction, cyclic voltammetry and 13C and 11B NMR spectroscopy to establish a structure-activity relationship of the two diferent order aryl moieties of diarylborinic acids in the transition metal catalyzed aryl-carbon and aryl-heteroatom bond forming cross-coupling and addition reactions. The results of this project would advance the chemistry of organoborons and methodology of green and cost-effective arylation and develop practical processes for synthesis of the corresponding aryl fine chemicals.

本申请项目拟发展在过渡金属催化下由格氏试剂与廉价易得的三烷基硼酸酯反应形成的二芳基亚硼酸与芳基、烯基和烷基卤代烃、胺、醇、酚、烯、炔和羰基化合物等有机分子之间的交叉偶联或加成反应。通过设计、合成在催化循环中二芳基亚硼酸与过渡金属催化剂氧化态金属中间体进行转金属化反应时的结构类似物，运用X-射线衍射、循环伏安电化学分析以及13C和11B 核磁波谱分析手段考察其与过渡金属催化剂的匹配性，以阐明二芳基亚硼酸中两个不同阶次的芳基在过渡金属催化的交叉偶联或加成反应中的构效关系，发展基于二芳基亚硼酸的过渡金属催化芳-碳和芳-杂偶联或加成等绿色安全、操作简便、经济实用的芳基化反应。研究结果不仅将丰富有机硼化学和有机合成方法学的基础内容，也将形成具有在相关精细有机化学品生产中具有工业应用潜力的安全、高效、经济的芳基化反应工艺。

二芳基亚硼酸既具有接近芳基硼酸反应性，又具有高阶芳基硼的制备条件温和，成本低的特点，最有可能发展成为在规模化生产中具有实用价值的芳基化试剂。但是相比于芳基硼酸，二芳基亚硼酸作为芳基化试剂的研究和应用还十分有限。本项目围绕二芳基亚硼酸的过渡金属催化芳基化反应，开展了二芳基亚硼酸等芳基硼试剂与酰胺等羰基化合物、氯代芳烃及芳磺酸酯等拟卤芳烃衍生物、胺及含氮杂环化合物的碳-碳和碳-杂原子键的形成反应，二芳基亚硼酸酯的结构对其在过渡金属催化芳基化反应中的影响研究，开发了3个基于二芳基亚硼酸为芳基化试剂的联芳类精细化学品的合成工艺。项目取得的重要进展包括：1）在国际上率先报道了二芳基亚硼酸等各类芳基硼化合物与活化酰胺的酰化Suzuki偶联反应，反应的底物适用性好。2）实现了温和条件下的钯催化二芳基亚硼酸在焦碳酸甲酯存在下与羧酸的酰化Suzuki偶联反应，观察到二芳基亚硼酸的反应活性显著高于芳基硼酸。3）实现了铜催化二芳基亚硼酸和酯与含NH基团化合物的Chan-Lam偶联，发现二芳基亚硼酸即使在氧化性条件下也可以作为高效的芳基化试剂。4）实现了钯催化的二芳基亚硼酸与氯代均三嗪的可控序列选择性Suzuki偶联反应，为合成非对称芳基均三嗪类化合物提供了高效的方法。5）实现了高效的钯和镍催化的二芳基亚硼酸N，O-螯合六元杂环酯与氯和拟卤代芳烃的Suzuki偶联反应。6）实现了醋酸钯催化的二芳基亚硼酸与芳基重氮氟硼酸盐的Suzuki偶联反应研究，并用于杀菌剂啶酰菌胺的合成工艺。7）发展了由卤代芳烃、三丁基硼酸酯和镁在四氢呋喃中一锅法制备二芳基亚硼酸及N，O-螯合酯的工艺，操作简便，收率良好。8）开发了基于二芳基亚硼酸作为芳基化试剂的啶酰菌胺、紫外吸收剂UV-627和阿比特龙等联芳类精细化学的合成工艺。通过本项目的研究工作，丰富了二芳基亚硼酸的制备、结构与反应化学，显示了二芳基亚硼酸作为绿色且经济实用芳基化试剂具有替代价格昂贵的芳基硼酸应用于精细化学品生产的良好前景。