Costruzione del boro

Nature Communications volume 13, numero articolo: 2624 (2022) Citare questo articolo

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Rispetto alla chimica stereogenica del carbonio ben sviluppata, la costruzione di composti stereogenici del boro rimane sottosviluppata e impegnativa. Qui, la costruzione enantioselettiva catalitica precedentemente sfuggente di composti stereogenici al boro è stata ottenuta attraverso la reazione di inserimento del legame B – H disimmetrica enantioselettiva. La reazione di inserimento del legame B – H dei 2-arilpiridina-borani con composti diazo versatili sotto catalizzatore di rame chirale può fornire composti stereogeni del boro con enantioselettività da buona a eccellente. Inoltre, l'utilità sintetica di questa reazione è dimostrata dalla scalabilità e dalle trasformazioni a valle. I calcoli DFT forniscono informazioni sul meccanismo di reazione e sull'origine della stereoselettività.

Il boro è un importante elemento metalloide nella chimica organica. Il boro forma tipicamente composti organoboro chirali tricoordinati con centri carbonio-stereogenici, che fungono da importanti reagenti sintetici per accedere a molecole otticamente attive1,2,3,4,5. Inoltre, i composti organoboro tricoordinati possono anche essere progettati come strutture chirali assiali, gli sforzi per la preparazione catalitica asimmetrica dei composti organoboro chirali portanti l'asse del legame CB sono stati raggiunti rispettivamente dal nostro gruppo 6 e dal gruppo 7 di Tan e Zhang (Fig. 1A). I composti di organoboro tricoordinati hanno un orbitale p vuoto che può accettare elettroni da basi di Lewis o nucleofili per formare composti di organoboro tetracoordinati con una geometria tetraedrica8,9,10,11,12,13,14,15. Se i quattro sostituenti dei composti organoboro tetracoordinati sono tutti diversi, anche l'atomo di boro è un centro stereogenico simile al centro di carbonio, fosfina16,17,18,19, zolfo20,21,22 o silicio23,24. Infatti, i composti stereogeni del boro possono essere trovati anche nei prodotti naturali25 e nei materiali26,27 (Fig. 1B). Nonostante l'importanza dei composti stereogenici del boro, i metodi catalitici enantioselettivi per la costruzione di tali composti chirali sono sfuggenti, finora esiste solo un protocollo enantioarricchito riportato da He et al. per procurarsi tali composti boro-stereogenici, ottenuti mediante desimmetrizzazione delle specie di boro tetracoordinate diacetilative tramite una chimica di clic CuAAC (Fig. 1C)28, gli altri approcci noti ad essi sono limitati alla risoluzione chirale o ai processi indotti dal substrato chirale29,30 ,31,32,33,34,35,36,37,38. Da notare, a causa delle piccole dimensioni dell'atomo di boro (rispetto agli atomi molto conosciuti che potrebbero rivelare centri stereogenici, come carbonio, azoto, zolfo, fosforo ecc.), sarebbe una sfida se il sito di reazione enantioselettivo fosse diretto su boro stesso. Pertanto, lascia grande spazio e rende lo sviluppo della sintesi catalitica enantioselettiva di composti boro-stereogenici con diverse strutture estremamente attraente ma allo stesso tempo impegnativo.

A Stato attuale della chimica dell'organoboro chirale. B Composti stereogeni del boro in prodotti e materiali naturali. C CuAAC asimmetrico per la sintesi di composti boro-stereogenici (He et al.). D Inserimento catalitico disimmetrico di BH verso composti boro-stereogenici (questo lavoro).

La desimmetrizzazione enantioselettiva è emersa come una delle strategie più frequentemente studiate per accedere alle molecole chirali39,40,41,42,43,44. Per costruire il centro stereogenico del boro direttamente sull'atomo di boro, che era distinto dalla strategia nota, un substrato di organoboro tetracoordinato adatto e stabile con due siti di reazione identici è la chiave per il successo di questo obiettivo. D'altra parte, la reazione di inserzione del legame BH diretta dal carbene rappresenta un approccio efficiente per la costruzione di nuovi legami CB45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57 . Il processo catalitico è stato sperimentato da Curran48 e Zhou & Zhu49, e gli ultimi due hanno ottenuto il primo inserimento asimmetrico del carbene nei legami B − H degli addotti fosfina-borano (M2HP•BH3). La cosa più notevole è che i prodotti mirati sono organoborani tetracoordinati stabili con due stessi legami BH, che soddisfano perfettamente i nostri requisiti e potrebbero fungere da materiale di partenza ideale per il nostro scopo. Sulla base delle conoscenze, immaginiamo che l'inserimento di legami BH disimmetrici enantioselettivi catalizzati da metalli di tali borani tetracoordinati (L•BH2R) con composti diazoici potrebbe rendere i composti stereogenici di boro enantioarricchiti desiderati (L•B*HRR') direttamente sull'atomo di boro . Tuttavia, questa chimica incontrerebbe alcune sfide importanti: (1) L'attuale reazione di inserimento del legame BH si verifica principalmente nel primo legame BH del borano tetracoordinato (L•BH3), e il secondo legame BH del borano tetracoordinato (L•BH2R) è relativamente inerte e raramente indagato48. (2) Gli organobrani tetracoordinati conosciuti (L•BH2R) sono lineari, ovvero di natura labile, la scelta di uno scheletro adatto per substrati di borano tetracoordinato sarebbe essenziale per il successo dell'ipotesi. (3) Per quanto ne sappiamo, non ci sono precedenti che dimostrino che il legame BX (X = C, H, O, N, P) sia direttamente coinvolto nella costruzione di composti boro-stereogenici. Ispirati dal nostro precedente rapporto, i bori tetracoordinati ciclici con un ligando contenente N fornirebbero un'impalcatura rigida, che migliorerà la fattibilità per la costruzione di composti stereogenici di boro enantioarricchiti58.