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【OL】新型硝化方法,不受电子效应限制!

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硝基芳烃是染料、农药、药物、炸药等领域的关键中间体。传统硝化具有诸多局限性【】,传统的混合酸法(HNO₃/H₂SO₄)有安全性差、区域选择性受电子效应限制等缺点。而现有的原位硝化策略,需预先引入硅烷/锗烷等导向基,或使用强腐蚀性发烟硝酸。

2025年, Yuzhu Zheng等人报道了 一种操作简便、普适性强的硼酸酯原位硝化方法:利用九水合硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)在六氟异丙醇(HFIP)中实现反应,高效合成传统亲电C–H硝化难以制备的硝基芳烃。相较于以往的脱硼性原位硝化,新策略采用反应性较低但更稳定的有机硼试剂,显著提升了底物普适性和官能团耐受性,并在天然产物、药物分子及生物活性分子的后期硝化中得以验证。【

Org. Lett.
2025, 27, 2997−3002 】

方法开发与优化

前期作者曾报道HFIP通过氢键活化Fe(NO₃)₃·9H₂O的O–NO₂键,实现高效C–H硝化【

Org. Lett.
2024, 26, 3316−3320 】。假设HFIP同样可极化硼酸酯-NO₃⁻复合物,促进1,3-B至N芳基迁移。

最优条件:硼酸频哪醇酯(1.0 equiv)、Fe(NO₃)₃·9H₂O(1.0 equiv)、HFIP(0.5 M),100°C,12小时。

关键验证:HFIP不可替代(其他溶剂转化率≤10%)。

产率:模型底物(4-氟苯甲酸甲酯硼酸酯)NMR收率>90%。

底物普适性

芳基硼酸频哪醇酯:含-CO₂Me、-CF₃、卤素等吸电子基(1-26),收率67-99%,邻位取代底物(3,6)因位阻收率比间位取代略降(72-78%)。

富电子芳环:苯胺/酚衍生物(27,28),收率73%,83%,同时发生C–H硝化得到双硝化产物。

杂环硼酸酯:吡啶(34-37)、呋喃(38),收率31-57%,O-杂环(43-46)优于N-杂环。

苯乙烯衍生物(49-53):需要用HFIP和DCE混合溶剂进行反应,收率~60%左右,50°C低温反应避免副反应。

双硼酸酯54b:收率61%,120°C下反应制备得到双硝化产物。

其他硼试剂:硼酸(55b-61b)、三氟硼酸盐(63b-69b)等,收率77-98%,MIDA酯(72b)收率96%。

突破性:硝化位点由硼原子位置决定,不受电子效应限制(如19含双硝基仍获92%收率)。

天然产物和生物活性分子硼酸衍生后进行原位硝化反应:

氯贝特衍生物(73b):50°C,收率71%。

非诺贝特(76b):80°C避免C–H硝化,收率51%。

氯雷他定(78b):复杂结构耐受,收率37%。

香兰素(77b):醛基无氧化,收率58%。

二氢胆固醇(86b):长链疏水底物,收率47%。

三氯生衍生物(85b) 克级验证 :1 mmol规模,Fe(NO₃)₃·9H₂O用量减半,收率78%。

机理研究

排除自由基路径:TEMPO/BHT不抑制反应,EPR未检测到自由基加合物。

Hammett分析:线性关系(ρ = -0.9115, R² = 0.9910)支持离子型非阳离子路径(过渡态轻微正电荷积累)。

核心机制:NO₃⁻与硼配位形成四配位硼酸盐中间体(增强芳基迁移能力)。HFIP通过氢键网络极化FeO–NO₂键,促进1,3-B至N芳基迁移。与传统硝化机理σ-络合物机制不同,电子极度缺失底物(如17-19)仍高效反应。

本研究开发了一种普适、高效的苯硼酸酯原位硝化方法。该反应在Fe(NO₃)₃·9H₂O/HFIP体系中实现,可快速合成传统亲电C–H硝化难以制备的硝基芳烃。新策略规避了过渡金属催化或强腐蚀性发烟硝酸的使用,凭借更优的底物普适性,成功应用于天然产物、药物及生物活性分子的后期硝化。基于机理研究,提出氢键促进的1,3-B至N芳基迁移路径。

参考资料:Ipso-Nitration of Boronic Esters Enabled by Ferric Nitrate Nonahydrate (Fe(NO3)3·9H2O) in HFIP;Yuzhu Zheng, Zongyi Liu, Qing Huang, and Youwei Xie;

Org. Lett.
2025, 27, 2997−3002。

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