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互利共生在有机化学中的应用:锡氢烷的杂脱氢偶联与喹啉还原的相互促进

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S,O,N,P与Sn原子组成的杂原子锡化合物(SSn,OSn,NSn和PSn)在有机合成和医药领域中具有广泛的应用.目前,构建杂原子锡化合物主要采用传统的复分解方法,但这种方法反应条件苛刻且效率低.其他构建杂原子锡化合物的方法,如加成反应和自由基反应等,也存在底物范围较窄的问题.在锡烷杂脱氢偶联反应中,锡烷上的负氢和杂原子上的正氢以氢气的方式逸出,该过程需要较高的反应能量,可能导致部分底物反应困难或效率低.为了解决上述问题,本课题组在前期工作中(Adv.Synth.Catal.,2021,363,5319-5329)将互利共生的概念应用于有机合成,采用B(C6F5)3作为催化剂,通过一锅法实现吲哚的C3位硅烷化或硼烷化以及喹啉的还原.在这一过程中,喹啉能够将副产物吲哚啉上的正氢和负氢通过氢转移的方式移除,既促进了吲哚的官能化反应,又实现了自身的还原.在前期工作的基础上,本文以B(C6F5)3为催化剂,在锡烷杂脱氢偶联反应中引入喹啉,协助锡烷和杂原子上的负氢和正氢以氢转移的方式移除,该反应同时会促进喹啉还原得到四氢喹啉.在反应过程中,B(C6F5)3催化喹啉的1,4-氢锡化反应生成少量1,4-N-锡化-二氢喹啉,反应很快达到平衡.同时游离的B(C6F5)3与杂原子氢化合物(EH)底物组成中间体[ESnH]+[HB(C6F5)3]-,该中间体通过氢转移将1,4-N-锡化.二氢喹啉中间体转化为N-锡化.四氢喹啉进而加速喹啉的还原,而1,4-N-锡化-二氢喹啉可以作为氢受体促进[ESnH]+[HB(C6F5)3]-中间体转化生成ESn(E=S,O,N和P).N-锡化-四氢喹啉与EH发生复分解反应迅速生成另一分子ESn和四氢喹啉,实现相互促进的过程.该策略能够在温和条件下快速获得57种ESn产物和17种四氢喹啉产物.在喹啉的辅助下,含有较大位阻或强吸电子基团的酚类、部分烷基醇、苯胺、吲哚、烷基或芳基磷底物的产率明显提升.利用该反应体系,以较高的产率合成了两种药物结构的类似物.根据一系列控制实验、反应监测、关键中间体捕获及合成实验和氘代控制实验结果,提出了反应机理.该互促反应由三部分组成,分别为喹啉的1,4-氢锡化、正负氢转移以及复分解反应,氢锡化和氢转移反应相互促进,复分解反应同时促进氢锡化和氢转移,进而实现整个反应的相互促进.综上,本工作高效合成了杂原子锡化合物以及四氢喹啉化合物,并对反应机理进行了详尽的研究和阐述,为有机锡化合物的构建和应用提供借鉴和参考.
Mutualism in organic synthetic chemistry:Simultaneous heterodehydrocoupling of hydrostannane and reduction of quinoline
Here we report a one-pot strategy to simultaneously achieve both the heterodehydrocoupling of hydrostannane and reduction of quinoline by using B(C6F5)3 as catalyst under mild conditions.This method realizes the synthesis of heteroatom-tin complexes(NSn/OSn/PSn/SSn)by the same cat-alyst system.With the assistance of quinoline,the substrate scope was broadened and ESn yield was significantly enhanced.During the reaction,the generated heterodehydrocoupling intermediate[ESnH]+[HB(C6Fs)3]-would accelerate the quinoline reduction by transforming 1,4-N-stannyl-dihydroquinoline intermediate into N-stannyl-tetrahydroquinoline whereas 1,4-N-stannyl-dihydroquinoline could serve as hydrogen acceptor to facilitate the conversion of[ESnH]+[HB(C6Fs)3]-intermediate to produce ESn(E=N/O/P/S).The metathetical reaction of N-stannyl-tetrahydroquinoline and EH rapidly generates ESn and tetrahydroquinolines,thus mutu-ally promoting the above process.The reaction mechanism is proposed on the basis of control ex-periments,capture and synthesis of key intermediates and deuterium experiments.

MutualismB(C6F5)3HeterodehydrocouplingReduction reactionQuinoline

刘天伟、何江华、张越涛

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吉林大学化学学院,超分子结构与材料国家重点实验室,吉林长春 130012

互利共生 三(五氟)苯基硼 杂脱氢偶联 还原反应 喹啉

国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金

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2024

催化学报
中国化学会 中国科学院大连化学物理研究所

催化学报

CSTPCD
影响因子:1.269
ISSN:0253-9837
年,卷(期):2024.58(3)
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