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半岛官方体育Nature Chem:别拿叔丁醇钠欠妥回事

发布时间:2023-11-29 11:37:36浏览次数:

  尽管目前贵金属催化剂(Pd、Rh、Ir等)在工业界和学术界仍占据着核心地位,便宜易得的金属如铁、钴等越来越引起人们的重视。铁或钴作为催化剂,通常是使用前体催化剂在强还原剂如Na(Hg)或金属有机试剂如格氏试剂、有机锂试剂等活化下,产生低氧化态的铁或钴催化剂,从而参与反应。两种活化模式都受限于前体催化剂或活化试剂的对水氧敏感性。因此,发展对水氧不敏感、能大量应用、降低废弃物的活化试剂和模式,则一直是化学家的追求。最近,作活化试剂与铁、钴等前体催化剂作用,生成低价的铁、钴等活性催化剂,进而发生不饱和烃的硼氢化、硅氢化和其他反应。而在之后的机理研究中,作者又有了意外的发现(Scheme 1)。

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  在条件优化部分,作者从烯烃或共轭烯烃出发,使用HBpin或HSi(OEt)3作硼氢化试剂或硅氢化试剂对条件进行考察。作者基于过去报道的硼氢化或硅氢化反应中使用的催化剂前体,对过去报道的活化试剂和本文使用的活化试剂NaOtBu的结果进行了比较(Scheme 2)。从表中不难看出,对于硼氢化而言,NaOtBu与之前报道的活化试剂效果相当,铁和钴催化剂都有很好的表现,但NaOtBu更加温和,便于操作。对于硅氢化而半岛官方体育言,铁催化的结果与过去报道相似。而在过去报道中很难实现该过程的其他金属如钴、镍、锰,仍然表现很好的催化活性。值得一提的是,这是报道的第一例锰催化的烯烃硅氢化反应。这说明了NaOtBu作为活化试剂,不仅可以简化操作,还能发现新的催化过程,显示了它的优越性半岛官方体育。

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  随后,作者在分别使用HBpin和PhSiH3作硼氢化试剂和硅氢化试剂条件下,对烯烃/炔烃的底物适用范围进行了考察(Scheme 3)。可以看出,底物的适用范围广,硼氢化(2a-2k)、硅氢化(2l-2q)都获得很好的结果,反应产率高,位置选择性和立体选择性都很好。反应均使用NaOtBu作活化试剂,钴或铁的半岛官方体育选择根据底物而定。

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  Scheme 3. 铁和钴催化硼氢化和硅氢化反应的底物拓展。图片来源:Nature Chem.

  在完成反应性的研究后,作者开始考察NaOtBu活化该反应的机制。开始时,作者认为活化模式同以往报道的格氏试剂活化铁或钴催化剂类似,是经由配体交换生成[M(OtBu)2],然而该物种很难理解继续发生还原消除生成低价金属。尽管如此,作者还是考虑可能经由β-消除得到[M-CH3]物种,而后催化反应。但后续的核磁实验证明并非如此。于是,作者考虑NaOtBu可能是与HBPin或PhSiH3作用生成Ate盐,而这一结果也得到了13B谱和29Si的确认。Ate盐可提供H-,与催化剂作用生成[MH2]物种,而后还原消除得到有活性的低价金属催化剂(Scheme 4a)。为了验证了Ate盐的活化模式,作者随后做了一系列的催化实验。正常实验中“不成功”的底物在使用Ate盐4和铁催化剂前体下,可以获得78%的收率(Scheme 4b)。烯烃的氢化和二烯的[2+2]反应也能顺利实现(Scheme 4c&d)。而原位生成的催化剂与制备好的ate盐4可以取得相当的结果,说明了Ate盐4是可以被广泛使用的活化试剂(Scheme 4e)。

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  在该工作,Stephen P. Thomas教授团队发展了使用便宜易得、对水氧不敏感的NaOtBu来活化众多便宜金属催化剂的模式,成功地应用于硼氢化和硅氢化等反应中。不仅简化了操作,而且发现了在钴、镍和锰催化剂活化中的独特活性。机理研究发现,NaOtBu是一个隐藏的还原剂,靠与硼烷或硅烷形成Ate盐来作为催化剂的活化试剂,并成功应用于烯烃的氢化和二烯的[2+2]等反应中。