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【EJOC】HATU用于Suzuki-Miyaura反应!

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有机合成中,羧酸制备酮是一类非常重要的反应,传统方法需要预先活化羧酸,如使用酰氯或与有机锂或格氏试剂反应,但这些方法存在官能团兼容性差和试剂敏感性高的问题。(SMC)作为现代C─C键形成的重要方法,在药物和材料合成中广泛应用。酰基SMC以羧酸或其衍生物作为亲电试剂,可保留羰基生成酮,但直接使用羧酸因反应性低而受限。

近期, Hui You等人 开发了一种钯催化的酰基Suzuki-Miyaura偶联反应,使用六氟磷酸氮杂苯并三唑四甲基脲(HATU)作为原位活化剂,实现羧酸与有机硼酸之间的偶联。以Pd₂(dba)₃/PCy₃为催化剂,K₂CO₃为碱,该反应适用于多种脂肪族和芳香族羧酸。控制实验和密度泛函理论计算表明,吡啶氮在催化循环中起关键作用。【

Eur. J. Org. Chem.
2025, 00, e202500799;https://doi.org/10.1002/ejoc.202500799 】

反应条件优化

以苯甲酸(1a)和苯硼酸(2a)为模型反应,系统筛选了催化剂、配体、活化剂、碱和溶剂。初始使用HBTU作为活化剂时,二苯甲酮(3a)收率仅为27%。其他活化剂(如DCC、EDC·HCl)效果不佳,而HATU与Pd₂(dba)₃/PCy₃组合将收率提升至69%。进一步优化发现,使用3.0当量PhB(OH)₂时,收率达82%。

最佳条件为:Pd₂(dba)₃(5 mol%)、PCy₃(10 mol%)、HATU(1.5当量)、K₂CO₃(2.0当量)、PhB(OH)₂(3.0当量),在二氧六环中80°C反应12小时。

水或硼酸三氟钾(PhBF₃K)会显著抑制反应。

底物范围

羧酸范围:反应兼容多种芳香族、脂肪族和烯基羧酸。

芳香族羧酸:对位烷基取代(如甲基、乙基、异丙基)的苯甲酸(1b-1d)收率为48%-73%;给电子基团(如甲氧基、乙氧基、苯氧基)显著提高收率,4-苯氧基苯甲酸(1g)收率达95%;邻位取代因位阻效应收率降低(1L-1n,收率37%-79%);杂芳酸如2-呋喃甲酸(1s)和苯并呋喃-6-羧酸(1t)收率分别为87%和59%。

脂肪族羧酸:乙酸(1z)生成苯乙酮(3z)收率63%;环状脂肪族酸(如环丙烷羧酸)收率中等,但三氟丙酸(1zb)收率较低。

其他:肉桂酸(1y)收率92%,但苯基丙炔酸(1zi)和4-溴苯甲酸不反应。

有机硼酸范围:苯硼酸衍生物兼容给电子和吸电子基团。

对位取代:甲基、乙基、异丙基苯硼酸收率良好;氯和氟取代(4c、4d)收率分别为72%和86%;强吸电子基团(如三氟甲基、氰基)收率较低(4e、4f,收率22%-46%)。

邻位和间位取代:邻氟苯硼酸收率仅35%(4p),间位取代收率43%-97%。

杂芳基硼酸:如3-呋喃硼酸收率较低(4v,21%)。

交叉偶联:多种羧酸与硼酸组合得到二芳基酮(4z-4zh),收率中等至良好,但烯基、环丙基或4-吡啶硼酸不适用。

合成应用:克级反应(10 mmol苯甲酸与4-氟苯硼酸)得4-氟二苯甲酮(4d)收率73%。产物衍生化包括:与二苯胺亲核取代得苯甲酰三苯胺(6a)收率66%;与2-萘酚反应得二芳基醚(6b)收率95%;光诱导还原偶联得邻二醇(6c)收率57%。

机理研究

控制实验表明,HATU与羧酸在K₂CO₃存在下生成7-氮杂-1H-苯并三唑-1-醇苯甲酯(5a),收率79%(Scheme 2a);该中间体与PhB(OH)₂反应得二苯甲酮(3a)收率78%(Scheme 2b),而HOBt酯(5a')收率仅32%(Scheme 2c),证明氮原子关键作用。

DFT计算揭示两条路径(A和B),吡啶氮配位稳定Pd中间体,降低氧化加成能垒。

反应历程包括:HATU活化羧酸生成中间体I,Pd(0)氧化加成形成酰基Pd中间体II(吡啶氮配位稳定),与硼酸经碱促进的转金属化生成III,最后还原消除得酮产物并再生Pd(0)。

作者开发了一种简单的钯催化体系[Pd₂(dba)₃/PCy₃, K₂CO₃],用于羧酸和有机硼酸之间的酰基Suzuki-Miyaura偶联。通过使用商业可得且成本效益高的酰胺偶联试剂HATU作为羧酸的原位活化剂,该方法能够以中等至良好的收率合成多种酮类化合物。此方法的亮点是,它避免了预形成酰氯、酸酐、活化酯或酰胺的步骤,并且不需要使用敏感的有机金属试剂。

参考资料: Palladium-Catalyzed Acyl Suzuki–Miyaura Coupling from Carboxylic Acids In Situ Activated by HATU: An Efficient Way to Ketones Laid by Nitrogen Coordination;Hui You , Daming Liu , Junyu Pan , Shuo Zhang , Chaoren Shen , Mengmeng Zhao , Wanfang Li;

Eur. J. Org. Chem.
2025, 00, e202500799;https://doi.org/10.1002/ejoc.202500799

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