Cu énantiosélectif - Jinan Palladium Série Co., Ltd

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 3524 (2022) Citer cet article

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Une correction de l'éditeur à cet article a été publiée le 22 août 2022

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Les organobores chiraux sont d'une grande valeur dans la synthèse asymétrique, les matériaux fonctionnels et la chimie médicinale. Le développement d'alcanes bis(boryl) chiraux, en particulier de composés 1,1-dibore optiquement enrichis, a été fortement inhibé par l'absence de protocoles de synthèse directe. Par conséquent, il est très difficile de développer une stratégie simple et efficace pour obtenir des 1,1-diborylalcanes chiraux. Ici, nous développons une double hydroboration en cascade catalysée par le cuivre énantiosélective d'alcynes terminaux et des gem-diborylalcanes hautement énantioenrichis ont été facilement obtenus. Notre stratégie utilise des alcynes terminaux simples et deux boranes différents pour construire de précieux gem-bis(boryl) alcanes chiraux avec un motif catalytique et un ligand, ce qui représente la stratégie la plus simple et la plus directe pour construire de tels gem-dibores chiraux.

Les organobores chiraux sont d'une grande valeur dans la synthèse asymétrique et les matériaux fonctionnels ainsi que les molécules bioactives1,2,3,4,5,6,7,8. Des myriades de protocoles ont été développés pour construire des mono-organoborons chiraux avec des centres stéréogéniques de carbone9,10,11,12,13, qui se sont avérés être des blocs de construction chiraux très précieux dans la synthèse organique14,15. Par rapport aux composés mono-organobore chiraux, les bis(boryl) énantioenrichis pourraient fournir la faisabilité de constructions sélectives et multiples de liaisons CC ou C-hétéroatome pour générer de nouveaux composés chiraux précieux. Cependant, les composés bis(boryl) chiraux sont sous-développés en raison du manque de stratégies synthétiques simples. Le développement de protocoles de synthèse efficaces pour accéder à divers bis(boryl)alcanes chiraux est hautement souhaitable pour étudier leurs propriétés fondamentales et explorer leurs applications potentielles.

L'hydroboration énantiosélective d'alcènes largement existants est l'un des moyens les plus importants et les plus efficaces pour construire des composés organobore chiraux, mais qui ne conduit généralement qu'à des mono-organobores chiraux, la double hydroboration séquentielle d'alcynes facilement disponibles a été considérée comme l'une des stratégies les plus idéales pour synthétiser bis (boryl)alcanes, cependant, en raison des défis inhérents au contrôle des chimio-, régio- et énantiosélectivités sur les hydrofonctionnalisations des alcynes et des réactions à plusieurs composants, les doubles hydroborations énantioenrichies d'alcynes ont été à peine rapportées9,10,11,12,13. En 2009, Hoveyda a présenté une 1,2-hydroboration énantiosélective catalysée par le cuivre d'alcynes terminaux aliphatiques pour la synthèse de 1,2-bis(boryl)alcanes avec B2pin2 comme source de bore et MeOH comme donneur d'hydrogène16 ; en 2012, Yun et ses collègues ont décrit une double hydroboration catalysée par Cu hautement régio- et stéréosélective de silylalcynes pour rendre des diboronates syn-vicinaux, une fois de plus avec le système B2pin2/MeOH13. Par rapport à la 1,2-double hydroboration énantiosélective des alcynes, les 1,1-diborylalcanes chiraux qui contiennent deux unités boryl différentes sur le même atome de carbone sont très rares, l'exemple séminal est venu du groupe Hall en 201117, dans lequel les 1,1 chiraux 1,1 Les -dibores ont été générés à partir de l'hydroboration énantiosélective catalysée par le Cu de substrats alcénylBdan (dan, 1,8-diaminonaphtalényl-) avec B2pin2 comme source de bore. Deux ans plus tard, Yun et ses collègues ont décrit une hydroboration énantiosélective d'alcénylBdan via une catalyse au Cu avec HBpin comme source de bore (Fig. 1A)2. Bien qu'il s'agisse des deux méthodes séminales sporadiques de préparation de 1,1-diboryl alcanes chiraux, la stratégie de Hall et la méthode de Yun présentent des lacunes importantes, notamment l'exigence de préparer l'alcénylBdan comme matériau de départ par une synthèse en une ou deux étapes, substrat étroit portée avec très peu d'exemples et applications synthétiques limitées employées pour les 1,1-diboryl alcanes chiraux. Récemment, le groupe Chirik a développé une hydrogénation asymétrique de 1,1-diboryl alcènes asymétriques pour rendre les 1,1-diboryl alcanes chiraux (Fig. 1B)18. Encore une fois, les matériaux de départ dans cette stratégie doivent être présynthétisés à partir d'alcynes et les complexes de cobalt chiraux sont également présynthétisés. Compte tenu de la prévalence et de l'accessibilité facile des alcynes et des principes de la chimie verte sur la réduction des étapes de synthèse, nous envisageons que les alcynes pourraient être un très bon point de départ pour la construction de 1,1-diboryl alcanes chiraux sur la base de notre expérience antérieure sur la synthèse de 1,1-dibores racémiques. Afin de construire les 1,1-dibores optiquement purs, l'hydroboration d'alcynes catalysée par des métaux de transition avec HBR2 comme source de bore et source d'hydrogène devrait être la solution idéale pour cet objectif. Cependant, il existe plusieurs défis importants dans nos protocoles proposés : la mono-hydroboration pourrait être la dominante19 ; l'homo-diboration peut se produire et sera un problème pour la purification20,21 ; la régiosélectivité est toujours un problème sur la fonctionnalisation des alcynes22 ; Enfin et surtout, le stéréocontrôle sera un grand défi à relever avec un catalyseur métallique approprié et des ligands chiraux appropriés. Notre expérience antérieure sur la multifonctionnalisation sans métaux de transition des alcynes23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33 et l'hydrosilylation et l'hydroboration en cascade catalysées par le cobalt des alcynes pour accéder aux 1,1- énantioenrichis les silylboryl alcanes (Fig. 1C) 34 ont conduit à supposer que l'incorporation de métal de transition avec un choix approprié de partenaires de double hydroboration sera cruciale pour surmonter les problèmes susmentionnés.

A Hydroboration énantiosélective d'alcénylBdan en 1,1-dibores chiraux. B Hydrogénation asymétrique de 1,1-diboryl alcènes en 1,1-diboryl alcanes chiraux. C Hydrosilylation et hydroboration co-catalysées énantiosélectives d'alcynes en 1,1-silyboronates chiraux (notre travail précédent). D Notre stratégie pour la double hydroboration énantiosélective catalysée par le cuivre d'alcynes en 1,1-dibores chiraux (ce travail).

Ici, nous montrons une stratégie générale et efficace pour construire des 1,1-diboryl alcanes énantioenrichis via une cascade de doubles hydroborations catalysées par le cuivre d'alcynes facilement disponibles (Fig. 1D). La stratégie offre une méthode simple et une grande valeur dans la rationalisation de l'accès aux importants 1,1-diboryl alcanes chiraux d'une manière qui complète la méthode existante. Ce système tire parti de la formation in situ de l'intermédiaire clé terminal alcénylBdan, suivie d'une seconde hydroboration énantioenrichie avec HBpin (Bpin, pinacolato) avec deux étapes partageant un système catalytique. Cette réaction est compatible avec les alcynes terminaux avec une variété de substituants (y compris les substituants aliphatiques et aromatiques)35,36,37,38,39 et démontre une régio- et stéréosélectivité élevée pendant les diborylations. D'autres études mécanistes et calculs DFT nous aident à mieux comprendre le mécanisme de la belle régio- et stéréosélectivité.

Nos études ont commencé à étudier la réaction du processus racémique en utilisant le 4-phényl-1-butyne (1) comme substrat de test. Une série de conditions avec la 2,3-dihydro-1H-naphto[1,8-de][1–3]diazaborinine (HBdan) comme source de borylation, le pinacolborane (HBpin) comme autre réactif de borylation, NEt3 comme base, Co (acac) 2 en tant que catalyseur et Xantphos en tant que ligand ont été examinés, ce qui a donné avec succès un rendement de 68% du produit cible 4 (tableau 1, entrée 1). Par la suite, divers catalyseurs métalliques ont été étudiés, Co (acac) 2 est apparu comme le catalyseur optimal (tableau 1, entrées 2-3). Après exploration des autres paramètres tels que les ligands, les solvants et les additifs, la concentration de la réaction et les ordres d'addition des réactifs (tableau 1, entrées 4-10, voir également les tableaux supplémentaires 1 à 5 pour plus de détails), les meilleures conditions de réaction ont été identifiées. sous forme de 0,2 mmol d'alcyne, 0,24 mmol de HBdan, 0,6 mmol de HBpin, 4 % molaire de Co(acac)2, 4 % molaire de Xantphos et 3,0 équiv. de NEt3 dans 0,2 mL de cyclohexane pendant 12 h (Tableau 1, entrée 9 ).

En atteignant les conditions optimales avec une transformation non chirale, nous avons commencé à évaluer l'universalité des conditions optimisées (tableau 1, entrée 9) dans la préparation de 1,1-dibores racémiques, la portée du substrat a été illustrée Fig. 2. Divers aliphatiques ou aromatiques non activés les alcynes ont été étudiés pour fournir les 1,1-dibores racémiques correspondants avec des résultats de réaction idéaux. La structure moléculaire du dibore 4 a été confirmée par analyse cristallographique aux rayons X (CCDC 2039502, voir la Fig. 15 supplémentaire pour plus de détails). L'influence des différentes longueurs de chaîne carbonée des alcynes aliphatiques a été étudiée et les produits 4 à 14 ont été obtenus respectivement avec des rendements décents. Les substrats porteurs de groupes isopropyle et cycloalkyle volumineux étaient également de bons candidats pour délivrer les produits ciblés avec des rendements satisfaisants (6,8). Les alcynes qui portent divers groupes fonctionnels, tels que l'alcool protégé par un silyle, le diéthoxypropyle et l'ester, étaient tous compatibles et les produits respectifs (15–16, 18–33) ont été obtenus avec de bons rendements. Il est intéressant de constater que la N-Boc-4-éthynylpipéridine peut également réagir en douceur dans nos conditions standard (17). Il convient de noter que le fragment oléfine (18) n'interfère pas avec la réaction et reste intact, indiquant que la réaction a une bonne sélectivité chimique et une sélectivité régionale idéale. Une compatibilité fonctionnelle élevée nous a obligés à extrapoler notre stratégie aux agents bioactifs ou thérapeutiques (Fig. 2). Diverses molécules bioactives ou agents médicinaux ont été dérivés des alcynes aliphatiques correspondants, tous pourraient rendre les produits ciblés respectifs en très bonne réponse dans nos conditions standard (par exemple, l'acide sorbique (22), l'acide 2-propylpentanoïque (23), 1 -acide phénylcyclopentane-1-carboxylique (24), acide (R)-2-phénylpropanoïque (25), acide benzoïque (26), (S)-ibuprofène (27), acide α-méthylcinnamique (28), (1 S, 2 acide S,4 R)-5-norbornène-2-carboxylique (29), acide 1,4-benzodioxan-2-carboxylique (30), adapalène (31), naproxène (32) et gemfibrozil (33)). De manière gratifiante, la double liaison CC pourrait bien se conserver dans notre système, ce qui a également prouvé que cette méthode a une excellente chimiosélectivité (22, 28 et 29).

Conditions de réaction : aAprès que Co(acac)2 (4 mol%), Xantphos (4 mol%), HBdan (0,24 mmol) et NEt3 (0,6 mmol) ont été mélangés dans du cyclohexane (0,2 mL, 1 M) à température ambiante pendant 10 min , HBpin (0,3 mmol) et 1 (0,2 mmol) ont ensuite été ajoutés à température ambiante, puis le mélange résultant a été agité à température ambiante pendant 12 h. b50 °C.

Non seulement les alcynes terminaux aliphatiques ont donné une très bonne réponse, mais les doubles hydroborations pourraient également s'appliquer aux acétylènes aromatiques polyvalents. Dans l'ensemble, les conditions standard toléraient à la fois les groupes fonctionnels riches et déficients en électrons sur les cycles aromatiques (Fig. 2, en bas). Lorsque le cycle aromatique portant différents substituants tels que Me, Et, tBu, iPr, C4H9, C3H7, Ph, OMe, OC5H11, NMe2, COOEt, la réaction a pu se dérouler sans heurts et les produits attendus 35 à 46 ont été obtenus avec des rendements décents. Il convient de noter que les rendements inférieurs obtenus dans les réactions avec des aryl alcynes portant des halogènes en position para, ces substrats pourraient être rectifiés en augmentant la température de réaction à 50 ° C (47-53). De plus, les alcynes portant d'autres substituants aromatiques tels que le diméthylthiochromane (54), le thiophène (55), le phénanthrène (56), le 4-carbazolebenzène (57) et le 2-naphtyle (58) étaient également de bons candidats, rendant les produits ciblés avec de bons rendements. .

Inspirés par le succès de la synthèse racémique des 1,1-dibores, nous avons décidé d'interpréter cette transformation racémique en un processus énantiosélectif. Initialement, nous avons utilisé Co (acac) 2 comme catalyseur et évalué les ligands diphosphine chiraux, et il s'est avéré que Walphos était le meilleur par une série d'essais. Cependant, après un examen approfondi, nous avons encore lutté contre les faibles rendements et les valeurs ee insatisfaisantes. Compte tenu de l'influence des métaux sur les résultats de la réaction, nous avons décidé de réévaluer les catalyseurs métalliques (tels que Co(acac)2, Co(acac)3, Cu(acac)2). Nous avons été agréablement surpris que Cu(acac)2 puisse fournir le résultat optimal avec les 1,1-dibores énantioenrichis 59 en 76:24 er (tableau 2, entrée 4). Encouragés par les performances souhaitées de Xantphos dans les réactions ci-dessus, une série de ligands diphosphine chiraux structurellement pertinents ont été étudiés (tableau 2, entrées 4-8, voir tableau supplémentaire 8 pour plus de détails), alors que (R, R) -Me-Duphos et Le (R,R)-Me-Ferrocelane s'est avéré inefficace pour notre réaction (tableau 2, entrées 7-8). Après le criblage d'une série de solvants (voir le tableau supplémentaire 9 pour plus de détails), aucun meilleur résultat n'a été obtenu que le cyclohexane (1,0 ml) (tableau 2, entrée 9). Après avoir déterminé le meilleur solvant, nous avons criblé le (R,R)-Walphos avec différentes substitutions et avons constaté que (R,R)-Walphos était toujours le meilleur ligand. Ensuite, nous avons fait plus de recherches et de tests sur les additifs, la quantité de catalyse et de ligands, les différents ordres d'ajout et les temps de réaction (voir les tableaux supplémentaires 10, 13 et 14 pour plus de détails).

Nous avons trouvé la réaction en l'absence de PMHS et le produit souhaité a également pu être obtenu, mais le rendement et la valeur ee n'étaient pas satisfaisants (rendement de 33% avec 88:12 er). Inspirés par les travaux d'Engle [10], nous avons étudié la quantité de PMHS et d'autres bases (voir le tableau supplémentaire 11 pour plus de détails), et nous avons constaté que l'ajout de PMHS est très important pour le succès de notre transformation, et un équivalent de PMHS est nécessaire pour obtenir un bon rendement de produit, cependant, le PMHS a peu d'influence sur la sélectivité de notre transformation40. Sur la base de nos travaux précédents (Fig. 1C) 34, nous avons réalisé que la séquence et le temps d'ajout influenceront l'efficacité de la transformation, par conséquent, nous avons effectué des expériences de contrôle en prenant soin de déterminer la durée du temps d'ajout (voir le tableau supplémentaire 15 pour détails). Cela a clairement démontré l'importance du contrôle du temps dans cette transformation, et 10 minutes après l'addition de HBdan et de PMHS avec le catalyseur et le ligand ont conduit au produit souhaité avec à la fois un bon rendement et une bonne énantiosélectivité. Nous pensons que le résultat pourrait provenir de la formation initiale d'espèces Cu-H à partir du catalyseur Cu et du HBdan et du PMHS. D'autres calculs DFT suggèrent également que la formation d'alcényl-Bdan intermédiaire est très importante, sinon le 1,1-diBpin sera un sous-produit inévitable qui provient de l'alcényl-Bpin intermédiaire, par conséquent, l'ajout de HBdan avant HBpin est crucial pour les bons rendements et l'énantiosélectivité. Enfin, nous avons identifié les meilleures conditions comme suit : après avoir mélangé Cu(acac)2 (6 mol %), Walphos (6 mol %), HBdan (0,24 mmol) et PMHS (1,0 équiv) dans 1,0 mL de cyclohexane à température ambiante pendant 10 min, HBpin (0,3 mmol) et 1 (0,2 mmol) ont ensuite été ajoutés à température ambiante, puis le mélange résultant a été agité à température ambiante pendant 60 h. Le produit chiral souhaité 59 a été obtenu avec un rendement de 78 % avec 94:6 er (tableau 2, entrée 14).

Après avoir établi les conditions de la réaction énantiosélective, nous avons commencé à examiner la plage de réaction et les résultats ont été représentés sur la figure 3. Pour notre plus grand plaisir, comme leurs congénères racémiques, divers alcynes aliphatiques et aromatiques non activés ont été étudiés et délivrent en douceur le chiral correspondant 1, 1-dibores avec les résultats de réaction souhaités. Des alcynes aliphatiques avec différentes longueurs de chaîne carbonée ont également été examinés pour donner les produits souhaités avec de bons rendements avec des niveaux élevés de stéréoinduction (59–70). La structure moléculaire du dibore asymétrique 59 a été confirmée par analyse cristallographique aux rayons X (CCDC 2107254, voir la Fig. 16 supplémentaire pour plus de détails). Il convient de noter que cette réaction asymétrique pourrait tolérer une variété de fonctionnalités installées sur la chaîne carbonée telles que l'amine protégée par Boc (71), l'alcool protégé par silyle (72–75) et les esters (76–87), cette compatibilité de fonctionnalité élevée nous a encouragés pour étendre notre schéma de synthèse aux élaborations tardives d'agents bioactifs ou pharmaceutiques. Après traitement dans les conditions standard, une série d'alcynes dérivés de l'acide sorbique, de l'acide 2-propylpentanoïque, de l'acide benzoïque, de l'acide p-toluique, de l'acide 4-cyclohexylbenzoïque, de l'α-méthylcpiinnamique, du gemfibrozil, de l'acide (R)-2-phénylpropanoïque, ( Le S)-ibuprofène, le (S)-naproxène et l'acide (1S,2S,4R)-5-norbornène-2-carboxylique ont tous donné des gem-diborylalcanes chiraux énantio-enrichis correspondants avec des rendements décents avec des régio- et stéréosélectivités élevées (77 –86). Les élaborations réussies de ces agents bioactifs ou thérapeutiques ont certifié la douceur et la large compatibilité des groupes fonctionnels de cette transformation asymétrique.

Conditions de réaction : aAprès Cu(acac)2 (6 mol%), Walphos (6 mol%), HBdan (0,24 mmol) et PMHS (0,2 mmol) ont été mélangés dans du cyclohexane (1,0 mL) à température ambiante pendant 10 min, HBpin ( 0,3 mmol) et 1 (0,2 mmol) ont ensuite été ajoutés à température ambiante, puis le mélange résultant a été agité à température ambiante pendant 60 h. bJosiphos (6 mol%).

Il convient de noter que, par rapport à l'insensibilité à la variation structurelle des alcynes aliphatiques sur l'énantiosélectivité dans les conditions asymétriques, les aryl alcynes variaient de manière significative. Lorsque nous utilisons du phénylacétylène comme substrat dans les conditions standard susmentionnées, nous ne pouvons atteindre le produit cible 87 qu'avec un rendement de 43 % et 71:29 er. Grâce à une série d'études d'optimisation du processus, nous avons identifié Josiphos comme le meilleur ligand diphosphine chiral qui pouvait fournir un rendement de 52 % et 91:9 er dans le produit cible 87. La structure moléculaire du dibore asymétrique 89 a été confirmée par analyse cristallographique aux rayons X ( CCDC 2118336, voir Fig. 17 supplémentaire pour plus de détails). Des produits fonctionnalisés chiraux avec Me, Et, C3H7 et des substituants ont été préparés avec des rendements utiles et de bonnes valeurs er (88–91).

Puisque nos résultats expérimentaux montrent que la réaction est avantageuse pour la formation de produit 1,1-bifonctionnalisé par rapport à d'autres sous-produits, nous avons ensuite étudié l'origine d'une régiosélectivité et d'une stéréosélectivité significatives dans cette transformation. Lorsque 1 a été soumis à HBdan en l'absence de HBpin, des traces d'alcényl-Bdan 93 ont été détectées par analyse par chromatographie en phase gazeuse (GC) avec du dodécane comme étalon interne dans les conditions de réaction standard (Fig. 4, éq. 1). Il convient de noter que lorsque seul HBpin a été ajouté, le 1,1-dibore alcane 94 a été détecté avec un rendement de 40% par analyse GC, tandis que l'alkyl Bpin 95 a été détecté avec des traces d'alcényl-Bpin 96 (Fig. 4, éq. 2) . De plus, lorsque HBdan, HBpin et alcyne ont été ajoutés simultanément au début de la réaction, le produit cible 59 a été détecté avec un rendement de 53% avec 90:10 er avec un rendement de 15% de 1,1-diboron alcane 94 détecté (Fig. 4, éq. 3). Ces résultats ont indiqué deux voies possibles, à savoir si l'alcényl-Bdan 93 ou l'alcényl-Bpin 96 a été construit en premier pour notre transformation. Pour comprendre la voie plausible, nous avons préparé les deux intermédiaires possibles alcényl-Bdan 93 et alcényl-Bpin 96 en utilisant les conditions standard pour la synthèse asymétrique. Dans des conditions standard chirales, l'alcényl-Bdan 93 a réagi en douceur avec HBpin pour donner 59 avec un rendement de 88% et 95: 5 er (Fig. 4, éq. 4a) mais la réaction de l'alcényl Bpin 96 avec HBdan uniquement avec un rendement de 14% et 44 :56 er pour donner le produit dibore 59 (Fig. 4, éq. 5a). Lorsqu'il est exposé aux conditions standard racémiques, des résultats similaires ont été obtenus : l'alcényl-Bdan 93 a réagi avec HBpin en douceur pour donner 4 avec un rendement de 86 % (Fig. 4, éq. 4b) mais la réaction de l'alcényl-Bpin 96 avec HBdan ne s'est pas déroulée. et n'a fourni qu'une quantité infime du produit ciblé 4 (Fig. 4, éq. 5b). L'exposition de 59 dans des conditions basiques en présence d'un large excès de CD3OD (0, 5 ml) a conduit à la protodéboration sélective de la fraction Bpin, donnant l'alcane substitué par Bdan 97 avec un rendement de 74% et 99% D (Fig. 4, éq 6)41.

(1) 1 a été exposé à HBdan en l'absence de HBpin, dans les conditions de réaction standard. (2) 1 a été exposé à HBpin en l'absence de HBdan, dans les conditions de réaction standard. (3) Réaction en un seul pot avec le produit cible 59. (4) alcényl-Bdan 93 et HBpin ont été exposés dans les conditions de réaction standard. (5) alcényl-Bpin 96 et HBdan ont été exposés dans les conditions de réaction standard. (6) Expérience sur le deutérium. (7) les changements de rendement de l'alcényl-Bdan 93 et du produit ciblé 4 au cours du temps de réaction.

D'après le rapport précédent2,9,10,11,12,16,13,17,18,19,40,42,43,44 et des expériences de contrôle, nous avons avancé le mécanisme réactionnel possible autour de la double hydroboration énantiosélective catalysée par le cuivre d'alcynes (Fig. 5). La première hydroboration est démarrée avec la formation d'espèces d'hydrure de cuivre à partir de Cu(acac)2, ligand, HBdan et PMHS. L'alcyne 1 réagit avec l'espèce d'hydrure de cuivre par insertion de liaison Cu – H pour générer l'espèce de cuivre vinylique I, qui entreprend une métathèse de liaison σ avec HBdan pour délivrer le vinyle Bdan II et libérer l'espèce Cu-H pour terminer le premier cycle et commencer le deuxième cycle catalytique. Le vinyle Bdan II réagit à nouveau avec les espèces Cu – H pour générer des espèces d'alkyl cuivre III, qui entreprennent en outre une métathèse de liaison σ avec HBpin. La libération du produit IV et la régénération du complexe Cu-H remplissent le cycle catalytique de la seconde hydroboration.

La réaction passe par le 1er cycle d'hydroboration avec HBdan et le 2ème cycle d'hydroboration avec HBpin.

Nous avons ensuite effectué des calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour valider davantage notre mécanisme proposé (SMD-M06L/6-311+G(d,p)/SDD(Cu,Fe)//B3LYP-D3/6-31G(d) /SDD(Cu,Fe), les détails de calcul peuvent être trouvés dans les informations supplémentaires 1). Le cyclopropyl alcyne structurellement le plus simple a été choisi comme substrat modèle et les résultats sont présentés à la Fig. 6. Les cycles d'hydroboration commencent par la coordination du substrat d'alcyne à l'hydrure de cuivre (Cat), qui subit une insertion régiosélective d'alcyne dans le Cu – H liaison via un état de transition à quatre chaînons (structure non illustrée ici, voir la Fig. 1 supplémentaire pour plus de détails) pour générer des espèces de cuivre vinylique Int-1. L'énergie libre d'activation calculée (ΔG‡) pour cette étape est de 17,4 kcal/mol et l'énergie libre de réaction (ΔG) est de -22,3 kcal/mol, conformément aux résultats de calcul précédents10. Int-1 pourrait réagir de manière compétitive avec H – Bdan 2 ou H – Bpin 3, subissant des processus de métathèse de liaison σ concertés ou par étapes via TS1 ou TS5 pour fournir des intermédiaires alcényl bore clés Int-2 ou Int-6, respectivement, et régénérer le catalyseur d'hydrure de cuivre actif. L'alcényl Bdan Int-2 peut ensuite réagir avec le catalyseur d'hydrure de cuivre (Cat) en utilisant l'une de ses deux faces (via TS2R ou TS2S) pour générer des intermédiaires chiraux d'alkyl cuivre Int-3R ou Int-3S, respectivement. Le TS2R qui conduit finalement au produit énantiomère majeur (R)-63 est énergétiquement favorisé par rapport au TS2S. Int-3R subit ensuite une métathèse chimiosélective de la liaison σ avec H – Bpin 3 via TS3R avec rétention de la stéréochimie pour fournir le cycle catalytique. La réaction concurrente de H – Bdan 2 avec Int-3R via TS4 est plus énergétique à la fois cinétiquement et thermodynamiquement, en accord avec l'observation expérimentale selon laquelle Int-4 ne se forme pas. Dans la voie concurrente qui forme initialement l'alcénylBpin Int-6, la 2e hydroboration ultérieure favorise la formation ultime de l'espèce 1,1-dibore Int-8 via TS7, qui est le principal produit secondaire observé expérimentalement. La réaction entre Int-7 avec H – Bdan 2 est défavorisée avec une barrière beaucoup plus élevée et une énantiosélectivité médiocre. Ce résultat concorde bien avec l'expérience témoin selon laquelle la réaction entre l'alcényl bore 96 et H – Bdan 2 n'a donné que le produit correspondant avec un rendement de 14% et 44:56 er. Dans l'ensemble, bien que les énergies de la première hydroboration concurrente soient comparables entre les espèces d'alcényle cuivre Int-1 avec H – Bpin 3 ou H – Bdan 2, sa barrière ultérieure via TS6S (18,0 kcal / mol) est supérieure à celle de TS2R (10,6 kcal /mol). Pris ensemble avec les chimiosélectivités et énantiosélectivités calculées et les résultats des expériences de contrôle correspondantes, le mécanisme proposé pour la formation du produit principal est pris en charge. Les résultats de calcul ont également prédit la formation inévitable du produit secondaire, ce qui a justifié les rendements modérés de ces réactions. Pour sonder davantage l'origine de l'énantiosélectivité pour le processus d'hydrocupration, nous avons effectué une analyse de distorsion/interaction45 sur TS2R et TS2S (Fig. 6B). Les structures à l'état de transition ont été séparées en deux fragments qui correspondent respectivement au catalyseur Cu-H et au substrat vinylique Bdan. Nous avons constaté que l'énergie de distorsion du catalyseur (ΔEdist-cat) est le principal contributeur à l'énantiosélectivité. La poche de catalyseur s'adapte mieux à une face du substrat de vinyle Bdan approchant qu'à l'autre. La structure relativement grande et rigide du groupe Bdan planaire provoque une distorsion vers le haut du groupe phényle sur le ligand phosphine dans le TS2S défavorisé, ce qui entraîne une plus grande énergie de distorsion du catalyseur (10,8 kcal/mol) que celle du TS2R (7,0 kcal/ mol).

Un profil d'énergie libre pour les cycles d'hydroboration concurrents. B Structures d'état de transition déterminant la stéréosélectivité.

En résumé, nous décrivons une réaction de 1,1-diboration énantiosélective catalysée par Cu à partir de deux boranes différents et d'alcynes terminaux facilement accessibles. Cette méthode démontre une régio-, chimio- et énantiosélectivité louable, et pourrait fournir des gem-bis(boryl)alcanes chiraux précieux avec une catalyse et un motif de ligand à partir d'alcynes terminaux simples et de deux boranes différents, ce qui représente la stratégie la plus simple et la plus directe pour le construction de tels gem-dibores chiraux. Nous pensons que cette recherche encouragera et intriguera les efforts pour la synthèse de borylalcanes énantioenrichis dérivés, et fournira une nouvelle avenue pour la bifonctionnalisation asymétrique des alcynes. Le calcul DFT illustre la belle régiosélectivité, chimiosélectivité et énantiosélectivité.

Un tube a été chargé avec du Co(acac)2 (4 mol%) et du Xantphos (4 mol%) sous atmosphère de N2, puis du cyclohexane (0,2 mL), du HBdan (0,24 mmol) et du NEt3 (0,6 mmol) ont été ajoutés par la suite. Le mélange réactionnel a été agité à température ambiante pendant 15 minutes. Ensuite, HBpin (0,3 mmol) et 1 (0,2 mmol) ont été ajoutés ultérieurement à température ambiante, puis le mélange résultant a été agité à température ambiante pendant 12 h. Le résidu a été purifié par chromatographie sur colonne pour donner les gem-diborylalcanes correspondants 4.

Un tube a été chargé avec du Co(acac)2 (4 mol%) et du Xantphos (4 mol%) sous atmosphère de N2, puis du cyclohexane (0,2 mL), du HBdan (0,24 mmol) et du NEt3 (0,6 mmol) ont été ajoutés par la suite. Le mélange réactionnel a été agité à température ambiante pendant 15 minutes. Ensuite, du HBpin (0,3 mmol) et du phénylacétylène contenant un halogène (0,2 mmol) ont été ajoutés ultérieurement à température ambiante, puis le mélange résultant a été agité à 50 °C pendant 12 h. Le résidu a été purifié par chromatographie sur colonne pour donner le produit correspondant gem-diborylalcanes 47.

Un tube a été chargé de Cu (acac) 2 (6 mol%) et de Walphos (6 mol%) sous atmosphère de N2, puis du cyclohexane (1, 0 ml), du HBdan (0, 24 mmol) et du PMHS (1, 0 équiv.) ont été ajoutés ultérieurement. Le mélange réactionnel a été agité à température ambiante pendant 10 min. Ensuite, HBpin (0,3 mmol) et 1 (0,2 mmol) ont été ajoutés ultérieurement à température ambiante, puis le mélange résultant a été agité à température ambiante pendant 60 h. Le résidu a été purifié par Chromatographie sur colonne pour donner le produit correspondant (R)-59.

Un tube a été chargé avec Cu (acac) 2 (6 mol%) et Josiphos (6 mol%) sous atmosphère de N2, puis du cyclohexane (1, 0 ml), du HBdan (0, 24 mmol) et du PMHS (1, 0 équiv.) ont été ajoutés ultérieurement. Le mélange réactionnel a été agité à température ambiante pendant 10 minutes. Ensuite, du HBpin (0,3 mmol) et du phénylacétylène (0,2 mmol) ont été ajoutés ultérieurement à température ambiante, puis le mélange résultant a été agité à température ambiante pendant 60 h. Le résidu a été purifié par Chromatographie sur colonne pour donner le produit correspondant (S)-87.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article et ses informations supplémentaires. Les données cristallographiques ont été déposées au Cambridge Crystallographic Data Center (CCDC) en tant que CCDC 2039502 (4), 2107254 (59) et 2118336 (89) peuvent être obtenues gratuitement auprès du CCDC via www.ccdc.cam.ac.uk/ getstructures. Les procédures expérimentales, la caractérisation de nouveaux composés et les calculs DFT (voir les données supplémentaires 1 pour les coordonnées XYZ) sont disponibles dans les informations supplémentaires.

Une correction à cet article a été publiée : https://doi.org/10.1038/s41467-022-32433-7

Chen, M. & Roush, WR Hydroboration énantioconvergente d'un allène racémique: synthèse énantiosélective d'alcools (E) -δ-stannyl-anti-homoallyliques via la crotylboration d'aldéhyde. Confiture. Chim. Soc. 133, 5744–5747 (2011).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Feng, X., Jeon, H. & Yun, J. Hydroboration catalysée par le cuivre (I) régio- et énantiosélective de borylalcènes: synthèse asymétrique de 1,1-diborylalcanes. Angew. Chim., Int. Éd. 52, 3989–3992 (2013).

Article CAS Google Scholar

Carosi, L. & Hall, DG Préparation énantiosélective catalytique d'allylboronates a-substitués: ajout en un seul pot à des aldéhydes fonctionnalisés et voie vers des réactifs trifluoroborates allyliques chiraux. Angew. Chim. Int. Éd. 46, 5913–5919 (2007).

Article CAS Google Scholar

Wang, Y.-B. et coll. Conception rationnelle, synthèse énantiosélective et applications catalytiques des EBINOLs axialement chiraux. Nat. Catal. 2, 504–513 (2019).

Article CAS Google Scholar

Qi, L.-W., Li, S., Xiang, S.-H., Wang, JJ et Tan, B. Construction asymétrique de biaryles atropisomères via une stratégie de couplage croisé neutre redox. Nat. Catal. 2, 314–323 (2019).

Article CAS Google Scholar

Xiang, S.-H. & Tan, B. Avancées en organocatalyse asymétrique au cours des 10 dernières années. Nat. Commun. 11, 3786–3790 (2020).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nallagonda, R., Padala, K. & Masarwa, A. Gem-diborylalcanes : avancées récentes dans leur préparation, transformation et application. Org. Biomol. Chim. 16, 1050-1064 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Das, KK, Manna, S. & Panda, S. Réaction asymétrique à plusieurs composants catalysée par un métal de transition de composés insaturés à l'aide de réactifs organoborés. Chim. Commun. 57, 441–459 (2021).

Article Google Scholar

Guo, J., Cheng, B., Shen, X.-Z. & Lu, Z. Hydroboration/hydrogénation séquentielle asymétrique catalysée par le cobalt d'alcynes internes. Confiture. Chim. Soc. 139, 15316-15319 (2017).

Article CAS PubMed Google Scholar

Gao, D.-W. et coll. Conversion catalysée par CuH en cascade d'alcynes en produits 1,1-disubstitués énantioenrichis. Nat. Catal. 3, 23–29 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Szymaniak, AA, Zhang, C.-L., Coombs, JR & Morken, JP Synthèse énantiosélective de silylboronates géminés non racémiques par hydrosilylation catalysée au Pt. ACS Catal. 8, 2897-2901 (2018).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Meng, F.-K., Jang, H.-J. & Hoveyda, AH Additions de proto-silyle catalysées par NHC – Cu de manière exceptionnellement sélective E et β aux alcynes terminaux et additions de proto-boryle site et énantiosélectives aux vinylsilanes résultants: synthèse de borosilanes vicinaux et géminaux énantiomériquement enrichis. Chim. - EUR. J. 19, 3204–3214 (2013).

Article CAS PubMed Google Scholar

Jung, H.-Y., Feng, X., Kim, H. et Yun, J. Boration catalysée par le cuivre d'alcynes activés. Boranes chiraux via un protocole de boration et de réduction catalysé par le cuivre. Tétraèdre 68, 3444–3449 (2012).

Article CAS Google Scholar

Bootwicha, T., Feilner, JM, Myers, EL & Aggarwal, VK Synthèse itérative sur chaîne de montage de polypropionates avec stéréocontrôle complet. Nat. Chim. 9, 896–902 (2017).

Article CAS PubMed Google Scholar

Wang, W., Ding, C. & Yin, G. 1,1-arylboration énantiosélective contrôlée par catalyseur d'oléfines non activées. Nat. Catal. 3, 951–958 (2020).

Article CAS Google Scholar

Lee, Y., Jang, H. & Hoveyda, AH Diboronates vicinaux de haute pureté énantiomérique grâce à des ajouts de bore-cuivre catalysés par NHC-Cu sélectifs de sites en tandem à des alcynes terminaux. Confiture. Chim. Soc. 131, 18234–18235 (2009).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lee, JCH, McDonald, R. & Hall, DG Préparation énantiosélective et couplage croisé chimiosélectif de composés 1,1-dibore. Nat. Chim. 3, 894–899 (2011).

Article CAS PubMed Google Scholar

Viereck, P., Krautwald, S., Pabst, TP et Chirik, PJ Un effet d'activation du bore permet l'hydrogénation asymétrique catalysée par le cobalt d'alcènes à encombrement stérique. Confiture. Chim. Soc. 142, 3923–3930 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Lin, S. et al. Une approche modulaire et concise des acylboronates MIDA via l'oxydation chimiosélective de diborylalcanes géminés asymétriques : ouvrir l'accès à une nouvelle classe d'acylborons. Chim. Sci. 10, 4684–4691 (2019).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Trost, BM & Ball, ZT Markovnikov hydrosilylation d'alcyne catalysée par des complexes de ruthénium. Confiture. Chim. Soc. 123, 12726-12727 (2001).

Article CAS PubMed Google Scholar

Zuo, Z., Yang, J. & Huang, Z. Hydrosilylation d'alcyne catalysée par le cobalt et hydroboration séquentielle de vinylsilane avec sélectivité de Markovnikov. Angew. Chim. Int. Éd. 55, 10839–10843 (2016).

Article CAS Google Scholar

Trost, BM & Ball, ZT Alcyne Hydrosilylation catalysée par un complexe cationique du ruthénium : addition trans efficace et générale. Confiture. Chim. Soc. 127, 17644–17655 (2005).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yang, K. & Song, Q. Synthèse régiosélective sans métal de transition d'alkylboronates à partir d'arylacétylènes et de vinylarènes. Vert. Chim. 18, 932–936 (2016).

Article CAS Google Scholar

Yang, K., Kuang, Z. & Song, Q. Changement de 1,2-bore induit par les radicaux, permettant la 1,3-difonctionnalisation des esters allylboroniques. Chem 6, 330–331 (2020).

Article CAS Google Scholar

Kuang, Z. et al. 1,3- et 1,4-diborylations sp2/sp3 chimiosélectives régio- et stéréodivergentes catalysées par Cu de 1,3-énynes contenant CF3. Chem 6, 2347-2363 (2002).

Article Google Scholar

Yang, K. et al. Le double couplage insertif sans métal de transition d'isocyanures avec des acides arylboroniques a activé les diarylméthanamines. Rép. Cell. Phys. Sci. 1, 100268–100283 (2020).

Article CAS Google Scholar

Feng, Q. et al. La réaction de catellani atroposélective catalytique permet la construction d'oxydes de biaryl monophosphine axialement chiraux. CCS Chem. 3, 377–387 (2021).

Article CAS Google Scholar

Yang, K. & Song, Q. Les intermédiaires de bore tétracoordonnés permettent des transformations non conventionnelles. Acc. Chim. Rés. 54, 2298-2312 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Yang, K. et al. Construction d'arylborons axialement chiraux via la borylation atroposélective de miyaura. Confiture. Chim. Soc. 143, 10048–11005 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Gao, G., Yan, J., Yang, K., Chen, F. et Song, Q. Synthèse hautement sélective contrôlée par la base de 1,2-bis(boronates) d'alkyle ou de 1,1,2-tris(boronates ) des alcynes terminaux. Vert. Chim. 19, 3997–4001 (2017).

Article CAS Google Scholar

Gao, G., Kuang, Z. & Song, Q. Diborylalcanes géminés fonctionnalisés de divers alcynes déficients en électrons et B2pin2. Org. Chim. Devant. 5, 2249-2253 (2018).

Article CAS Google Scholar

Kuang, Z. et al. Borylation catalysée par une base / élimination B – O des propynols et B2pin2 délivrant des alcénylboronates tétrasubstitués. Org. Lett. 20, 5153–5157 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Kuang, Z., Mai, S., Yang, K. & Song, Q. Synthèse de diboronates anti-vicinaux à partir de diaryléthynes et de B2pin2. Sci. Taureau. 64, 1685–1690 (2019).

Article CAS Google Scholar

Jin, S., Liu, K., Wang, S. et Song, Q. Hydrosilylation en cascade énantiosélective catalysée par le cobalt et hydroboration d'alcynes pour accéder à des 1,1-silylboryl alcanes énantioenrichis. Confiture. Chim. Soc. 143, 13124–13134 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Cheng, B., Liu, W. & Lu, Z. Hydrosilylation hautement énantiosélective catalysée par le fer d'alcènes terminaux non activés. Confiture. Chim. Soc. 140, 5014-5017 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Li, Y., Wu, D., Cheng, H.-G. & Yin, G. Difonctionnalisation des alcènes impliquant la migration des métaux. Angew. Chim. Int. Éd. 59, 7990–8003 (2020).

Article CAS Google Scholar

Teo, WJ, Yang, X., Poon, YY & Ge, S. Triborylation désoxygénante catalysée par le cobalt d'éthers allyliques pour accéder aux 1,1,3-triborylalcanes. Nat. Commun. 11, 5193–5200 (2020).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hu, M. & Ge, S. Double hydroboration régiosélective à marche en chaîne régiosélective catalysée par le cobalt de 1, n-diènes pour accéder aux gem-bis (boryl) alcanes. Nat. Commun. 11, 765–774 (2020).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Teo, WJ & Ge, S. Synthèse énantiosélective catalysée par le cobalt de gem-Bis (boryl) alcanes chiraux. Angew. Chim. Int. Éd. 57, 12935–129939 (2018).

Article CAS Google Scholar

Park, Y. & Yun, J. Réduction asymétrique catalysée par le cuivre d'alcénylboramides β, β-disubstitués. Org. Lett. 21, 8779–8782 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Kuang, Z., Gao, G. & Song, Q. Diborylation catalysée par une base d'alcynes : synthèse et applications de cis-1,2-bis(boryl)alcènes. Sci. Chine Chim. 62, 62–66 (2019).

Article CAS Google Scholar

Guo, J., Wang, H., Xing, S., Hong, X. & Lu, Z. Synthèse asymétrique catalysée par le cobalt de gem-bis(silyl)alcanes par double hydrosilylation d'alcynes terminaux aliphatiques. Chem 5, 881–895 (2019).

Article CAS Google Scholar

Chen, J., Shen, X. & Lu, Z. Hydrogénation / hydrohydrazidation séquentielle sélective catalysée par Markovnikov d'alcynes terminaux aliphatiques. Confiture. Chim. Soc. 142, 14455–14460 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Guo, J., Shen, X. & Lu, Z. Hydrosilylation/hydrogénation séquentielle catalysée par le cobalt régio- et énantiosélective des alcynes terminaux. Angew. Chim. Int. Éd. 56, 615–618 (2017).

Article CAS Google Scholar

Bickelhaupt, FM & Houk, KN Analyse des taux de réaction avec le modèle de déformation distorsion/interaction-activation. Angew. Chim. Int. Éd. 56, 10070-10086 (2017).

Article CAS Google Scholar

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Nous reconnaissons avec gratitude le soutien financier de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (21772046 et 21931013) (à QS) et du Fonds de recherche ouvert de l'École de chimie et de génie chimique de l'Université normale du Henan (à QS). Les travaux informatiques ont été soutenus par le Center for Computational Science and Engineering de la Southern University of Science and Technology et le groupe de supercalculateurs haute performance CHEM (CHEM-HPC) situé au Département de chimie de la Southern University of Science and Technology. Nous remercions le Dr Xiaoyong Chang de l'Université des sciences et technologies du Sud pour l'analyse des cristaux. Les auteurs remercient également le Centre d'analyse instrumentale de l'Université Huaqiao pour son soutien à l'analyse.

Institut de transformation de la matière de nouvelle génération, Collège d'ingénierie des sciences des matériaux, Université Huaqiao, Xiamen, Fujian, 361021, Chine

Shengnan Jin, Kang Liu, Shuai Wang, Xiujuan Huang, Xue Li et Qiuling Song

Département de chimie et Institut Grubbs de Shenzhen, Université des sciences et technologies du Sud, Shenzhen, 518055, Chine

Jinxia Li, Wei-Yi Ding et Peiyuan Yu

École de chimie et de génie chimique, Université normale du Henan, Xinxiang, Henan, 453007, Chine

Chanson Qiuling

State Key Laboratory of Elemento-Organic Chemistry, Nankai University, Tianjin, Chine

Chanson Qiuling

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QS a conçu et dirigé le projet. SJ a réalisé des expériences et préparé les informations supplémentaires. KL, WD, SW, XH et XL ont aidé à collecter de nouveaux composés et à analyser les données. PY et JL ont effectué les calculs DFT et rédigé les parties DFT. QS, PY & SJ ont rédigé l'article. Tous les auteurs ont discuté des résultats et commenté le manuscrit.

Correspondance à Peiyuan Yu ou Qiuling Song.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Communications remercie Pier A Champagne, Santanu Panda et l'autre relecteur anonyme pour leur contribution à la relecture de ce travail.

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Jin, S., Li, J., Liu, K. et al. Double hydroboration énantiosélective d'alcynes catalysée par Cu pour accéder aux gem-diborylalcanes chiraux. Nat Commun 13, 3524 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31234-2

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Reçu : 28 décembre 2021

Accepté : 08 juin 2022

Publié: 20 juin 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-022-31234-2

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