鏈行走已經(jīng)成為通過過渡金屬催化劑催化烷基鏈遷移，在遠(yuǎn)端C(sp3)位置構(gòu)建C-C鍵的有效策略。目前，主要存在兩種未活化烯烴的鏈行走官能團(tuán)化策略，一種是促進(jìn)烷基鏈末端位置發(fā)生官能團(tuán)化，另一種是在與穩(wěn)定基團(tuán)相鄰的位置發(fā)生官能化（Scheme 1a，paths a and b）。因此，將鏈行走反應(yīng)的適用范圍擴(kuò)大到構(gòu)建C-C鍵以外，且能夠?qū)崿F(xiàn)其他C(sp3)-H位點(diǎn)的選擇性官能團(tuán)化，是化學(xué)創(chuàng)新值得努力的方向。
在此之前，Chirik等人出色的工作已經(jīng)表明鈷催化劑能夠促進(jìn)未活化烯烴發(fā)生鏈行走硼化反應(yīng)，從而在末端位置或芳基和烷基硼酸的α位形成C(sp3)-B鍵。盡管最近Koh課題組利用π-芐基中間體特殊的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)了苯乙基位點(diǎn)的硼化反應(yīng)，但是通過鏈行走在較低活化sp3位點(diǎn)利用烷基金屬的穩(wěn)定性來形成C-B鍵的方法還未有報(bào)道?；谝陨涎芯浚?strong>美國斯克利普斯研究所的Keary M. Engle 教授課題組擴(kuò)展了不久之前發(fā)表的利用鎢催化劑和雙齒導(dǎo)向基團(tuán)來控制的異構(gòu)化-烴基化反應(yīng)，來使鎢催化的C(sp3)-硼化受C(sp3)-H上導(dǎo)向基團(tuán)的控制以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)的鏈行走策略（Scheme 1b）。該方法將在適用范圍和化學(xué)選擇性方面補(bǔ)充現(xiàn)有β-硼化方法的缺失。作者認(rèn)為開發(fā)該催化系統(tǒng)時(shí)存在許多挑戰(zhàn)，其中，控制烯烴異構(gòu)化和硼氫化步驟中的區(qū)域選擇性（僅使用弱配位單齒導(dǎo)向基團(tuán)）尤為困難。
與后過渡金屬相比，低價(jià)鎢催化劑具有多種配位幾何結(jié)構(gòu)和較高的Lewis酸度。因此該技術(shù)不僅可以通過提供互補(bǔ)的位置選擇性曲線來擴(kuò)展鏈行走反應(yīng)的邊界，而且還可以促進(jìn)低價(jià)鎢催化劑在烯烴功能化中的應(yīng)用?？偠灾髡咦罱K開發(fā)出了第一個(gè)鎢催化烯烴硼氫化反應(yīng)。
作者首先以1a為模板底物對催化硼化反應(yīng)的條件進(jìn)行了優(yōu)化（Table 1）。經(jīng)過一系列篩選實(shí)驗(yàn)后，作者確定以市售的5 mol%的W(MeCN)3(CO)3為催化劑，4當(dāng)量的HBpin為硼源，可以分離得到91%的單一構(gòu)型的β-區(qū)域異構(gòu)體2a產(chǎn)物，且僅具有最少量的還原副產(chǎn)物。
接下來，作者探究了該反應(yīng)的底物適用性。如Table 2所示，該反應(yīng)可以耐受各種N-芳基仲酰胺底物, 并且可以耐受鹵素取代的芳基化合物，且在粗反應(yīng)混合物中未檢測到C(sp2)-鹵鍵的硼化或還原產(chǎn)物。該發(fā)現(xiàn)顯示出鎢與其他低價(jià)過渡金屬的互補(bǔ)選擇性。該反應(yīng)還可以擴(kuò)展到叔酰胺和正烷基仲酰胺底物。叔酰胺的應(yīng)用不僅擴(kuò)大了可以使用的酰胺的范圍，還表明底物與鎢催化劑的結(jié)合不需要（可去質(zhì)子化的）N-H鍵的存在。此外，將2i的反應(yīng)放大到5 mmol不會降低產(chǎn)率。該反應(yīng)還可成功制備在側(cè)鏈上具有額外烯烴的2u和2v產(chǎn)物。二烯底物只進(jìn)行單官能化，而在第二烯烴上不發(fā)生額外的硼化或競爭性異構(gòu)化。該反應(yīng)還可以類似地應(yīng)用于內(nèi)烯底物，如2x所示，盡管產(chǎn)率適中。此外，盡管酯（2v）或酮不能作為導(dǎo)向基團(tuán)，但游離羧酸可作為導(dǎo)向基團(tuán)得到2w產(chǎn)物。值得注意的是該反應(yīng)還能夠以良好的收率和優(yōu)異的非對映選擇性（>20:1）獲得α-支鏈產(chǎn)物2m-p。
更重要的是，當(dāng)以對映體純的1m（>99% ee）為底物時(shí)，可以以高產(chǎn)率獲得單一構(gòu)型的對映體和非對映異構(gòu)體產(chǎn)物2m（Scheme 2）。這表明烯烴異構(gòu)化在β，γ位停止，因?yàn)楣曹?/span>α,β-不飽和酰胺的形成會在2m中消除α-立體中心。盡管存在近端空間位阻，但α,α-gem-二甲基取代產(chǎn)物2p的成功制備，進(jìn)一步證實(shí)了這一觀察結(jié)果。
在Table 1（entry 1）中的條件下，在δ,ε-位置具有側(cè)鏈烯烴的酰胺僅得到8%的目標(biāo)sp3β-硼化產(chǎn)物，其中大部分為未反應(yīng)的起始原料和異構(gòu)化的內(nèi)烯副產(chǎn)物。然而，基于鎢催化烯烴異構(gòu)化，使用CuF2和B2Pin2對共軛烯烴進(jìn)行1,4-加成的方案以中等產(chǎn)率得到了單一構(gòu)型的區(qū)域異構(gòu)體2x產(chǎn)物（Scheme 3）。根據(jù)以上結(jié)果，作者將該方案擴(kuò)展到其他C-雜原子鍵形成反應(yīng)。結(jié)果顯示，在相同的反應(yīng)條件下，類似的硅烷化反應(yīng)可以發(fā)生（3a）。此外，還利用未優(yōu)化的反應(yīng)條件以27%的產(chǎn)率實(shí)現(xiàn)了氫甲?；玫搅?/span>α-選擇性的產(chǎn)物3b。雖然這種區(qū)域選擇性的起源尚不清楚，但它表明硼烷與低價(jià)鎢催化劑的反應(yīng)可能與其他主族金屬氫化物不同，從而為今后的催化工作奠定了基礎(chǔ)。
盡管在優(yōu)化的反應(yīng)條件下，β-取代的γ,δ-不飽和仲酰胺的產(chǎn)率較低，但在升高溫度，增加HBpin含量的情況下，能夠以40%的收率得到季銨有機(jī)硼烷產(chǎn)物3c（Scheme 4）。在相同條件下，1,1-二取代烯烴也發(fā)生異構(gòu)化?硼氫化過程（3d）。在這兩種情況下，硼氫化步驟都發(fā)生在三取代烯烴上，這可能解釋了為什么需要更高的溫度。值得注意的是，2i可通過與KHF2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為3e，然后，可通過1,2-硼酸鹽重排進(jìn)一步衍生，以96%的產(chǎn)率獲得3f。
接下來，作者研究了該C(sp3)β-硼?；姆磻?yīng)機(jī)理。根據(jù)推測，1,2-和1,3-氫化物的遷移可能對初始烯烴的異構(gòu)化起作用。為此，作者用DBpin對1a和1i進(jìn)行硼化。預(yù)計(jì)氘在γ-位的摻入途徑包括1,3-氫化物遷移；相反，在δ sp3位點(diǎn)的末端標(biāo)記表明一種通過1,2-氫化物遷移的機(jī)理。如Scheme 5所示，氘僅存在于2a-d和2i-d（66-67%）的γ位，含氫產(chǎn)物可能來自DBpin溶液中殘留的HBpin。這些結(jié)果支持烯烴異構(gòu)化通過1,3-氫化物遷移進(jìn)行的概念。這與作者之前的方法相反，該方法給出了與1,2-氫化物遷移路徑一致的末端D-摻入。在沒有HBpin的情況下進(jìn)行反應(yīng)證實(shí)了先前的研究，該研究表明W(0)能夠在沒有外部氫化物源的情況下通過1,3-H遷移促進(jìn)異構(gòu)化。此外，在C(sp3)β-位置缺少氘摻入，這就反對費(fèi)歇爾型鎢卡賓的1,1-硼氫化反應(yīng)。雖然其他情況可能性是存在的，但作者目前提出了一種可能的反應(yīng)途徑：W(0)與羰基和烯烴（I）配位，然后烯丙基（II）sp3 C-H氧化加成。將金屬氫化物重新插入π-烯丙基部分將導(dǎo)致烯烴異構(gòu)化，從而為H-Bpin氧化加成到W(0)中間體III（Scheme 6）奠定基礎(chǔ)。隨后，氫化物插入到β,γ-烯烴中可能形成IV，其最終經(jīng)歷C-B還原消除以獲得最終的sp3β-硼化產(chǎn)物，同時(shí)再生正在生長的W(0)催化劑。從中間體III開始，異構(gòu)化的烯烴1ab能夠可逆地解離，因?yàn)橛坞x的1ab可以通過原位1H NMR檢測到。
綜上所述，已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)協(xié)議，說明了W(0)/W(II)氧化還原循環(huán)的獨(dú)特性質(zhì)，以解決對于鏈行走領(lǐng)域中的其他過渡金屬仍然具有挑戰(zhàn)性的位點(diǎn)選擇性問題。該sp3 β-硼化反應(yīng)具有簡單，溫和的條件和廣泛的適用范圍。
DOI: 10.1021/jacs.1c07162
