CH-борилирование алкенов
Реакции борилирования ароматических соединений стали одним из рутинных методов получения борорганики для использования в Судзуки-Мияуре. А вот с алкенами ситуация не такая простая. В общем, там меньше побудительных причин искать такие методы, потому что там рулят реакции присоединения, и гидроборирования, и теперь уже и присоединения бор-гетероатом к алкинам. Но в химии ни один метод не решает всех проблем. У реакций присоединения всегда есть проблемы с региоселективностью и стерикой. Тогда приходится получать борорганику как в древности – переметаллированием литий-бор или магний-бор. Но это создает массу ограничений. Исследователи поэтому отправились на поиски прямого борилирования. Несколько попыток показали, что возможности такие есть, но реакции долго не получались практичными. Первый действительно полезный метод опубликовали японские исследователи, уже хорошо нам известный мастер химии иридия Тацуо Исияма, Хадзиме Ито и сотрудники (I. Sasaki, J. Taguchi, H. Doi, H. Ito, T. Ishiyama, Chem. Asian J. 2016, 11, 1400-1405). Метод не ставит задачу борилировать все алкены, но останавливается на одном полезном типе – эфиры непредельных кислот. Катализатором служит уже прочно прописавшийся как главный специалист по обращению с бором иридий. Каталитическая система довольно проста, использует один из стандартных иридиевых(1+) предкатализаторов, и трифениларсин в качестве анцилляра. Мы уже знакомы с трифениларсином по химии классического кросс-сочетания – это такой компромиссный лиганд, более слабый чем трифенилфосфин, и это качество очень востребовано в тех случаях, когда в ключевых стадиях каталитического цикла надо освобождать места в координационной сфере, а на выходе из цикла, когда комплексы низковалентных металлов особенно чувствительны к деактивации, надо поддержать их до входа в следующий оборот цикла, заполнив освободившийся после ухода продукта места. В каком-то смысле это такой предвестник модной в 21 веке гемилабильности, но здесь это монодентатный лиганд, и скорее его можно немного обидно обозвать лигандом-по-вызову или лигандом-на-побегушках. Иными словами, это не столько анцилляр, сколько такая затычка временная, а активность каталитических комплексов определяется другими лигандами. Мы уже отлично знаем какими – здесь тоже работает замечательная способность иридия(1+) окислительно присоединять одну или даже две молекулы бис-пинаколилдиборана, набивая координационную сферу борильными лигандами, которые приходится считать как X-лиганды несмотря на то, что электроотрицательность иридия как минимум сравнима с таковой бора, а по некоторым шкалам она выше. Таки или иначе, все же видимо борильный лиганд становится способен к переносу на органическую молекулу формально как нуклеофильный остаток.
Сами реакции лучше идут с циклическими производными. Требуется совсем неполярный растворитель, октан, достаточно высокая температура и двукратное по металлу количество трифениларсина. В этом случае совсем все просто и выходы получаются высокие, 70-80%.
Интереснее реакция с нециклическими субстратами. Такие реакции идут хорошо, когда есть протон в цис-положении к карбоксилу. Температура нужна побольше, выходы получаются пониже, но при этом реакция очень чистая, в том числе стереохимически, конфигурация двойной связи сохраняется.
Ну, тут всё ясно – скажем мы, потому что мы любим считывать аналогии, а здесь все очень похоже на направленную CH-активацию, например, через окислительное присоединение, и мы наелись этим уже вполне в химии рутения, и знаем, что и иридий способен на что-то такое. Но здесь не всё так просто. Первое, что насторожило автором работы это то, что если взять не E-, а Z-диастереомер исходного, то реакция всё равно идёт, хоть и совсем туго – но она дает тот же продукт, то есть конфигурация переворачивается. Видимо, окончательная стереохимия возникает в результате син-β-гидридного элиминирования, смекнули японские мужики, наколотившие 245 опытов с разными непредельными эфирами. И предложили весьма нетривиальный механизм, впрочем, тоже включающий направленную реакцию, только не CH-активации, в сопряженного присоединения борильного остатка, при электрофильной активации иридиевым комплексом. Поскольку все это происходит в координационной сфере металла, можно даже не очень уповать на нуклеофильность борильной группы, так как всё дело происходит в согласованном механизме. При присоединении получается O-енолят иридия, который претерпевает весьма распространенную у металлов реакцию металлотропии (по аналогии с прототропией в кето-енольном равновесии) и О-енолят превращается в С-енолят иридия (понятно, что это вполне ковалентные комплексы с X-лигандами). Металлотропия известна тем, что в ней конфигурация может измениться, и более стабильная форма как всегда определяется стерикой, а здесь это очевидно случай когда иридий и водород с одной стороны, что немедленно и заканчивается син-β-гидридным элиминированием. Все вспомогательные переметаллирования и окислительные присоединения с участием (pin)B-B(pin) нам отлично известны по другим борилированиям.
Детально механизм не исследовали, и это в целом только гипотетический каталитический цикл, отвечающий наблюдениям за ходом реакции и некоторым дополнительным экспериментам. Роль трифениларсина отображается обозначением L в комплексах – мы видим, что это просто такой лиганд, который дополняет координационную сферу до близкой к насыщенности, так чтобы оставалось минимум одно место для взаимодействий. Это очень удобно в цикле, где количество борильных лигандов изменяется и надо как-то держать координационную сферу от опустошения. С другой стороны, слабость этого лиганда не мешает время от времени освобождать место для других взаимодействий. Это ровно та же роль, которую открыли для трифениларсина Фарина, Аматоре и Жютан, но эта история рассказана на другой страничке.