自由及生物化学作业(共10页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上有机硼烷提供自由基的反应 （Published by Cyril Ollivier Chem. Rev. 2001, 101） 王路锋（1）1. 简介自从1860年，弗兰克兰德历史性的报道以来，有机硼烷化学引起了化学家广泛的兴趣。年布朗因为将含硼化合物发展为有机合成中的重要试剂而获得1979年的诺贝尔化学奖，从而使这项研究达到高潮。由于有机硼试剂中硼原子的空的P-轨道引起的缺电子特性，以及硼的衍生物的金属特性，大量的努力都用来发展怎样方便有效的利用这种特性进行转换。利用这些特性，大量化学都发展起来了。例如，烯烃的硼氢化物，炔烃的硼氢化物；还有醛在烯丙基硼酯和丙二烯硼酯作用下的烯丙基化和炔丙基化；硼烷的烯醇化反应；DA反应；Suzuki偶联反应的彻底研究。1967年人们发现有机硼烷还可通过自由基途径参与反应。这个反应最初被戴维斯和罗伯茨证明并被布朗和Suzuki应用与合成，有机硼烷的应用提供了大量新奇有效地合成方法。在这篇综述中我们将描述最基本的由有机硼化合物参与的自由基反应，即通过碳硼键的断裂形成碳自由基中心。还有有机硼试剂作为自由基引发剂和自由基供体的实际应用。反应涉及通过胺-硼自由基失去氢原子形成烷基自由基的反应再此综述中没有涉及，因为这些工作已经被编写过并且该类反应不包含碳-硼键的断裂。2.1.过氧化物自由基：有机硼试剂的自然氧化有机硼烷与氧气反应在1860年被弗兰克林兰德有力的证明了，三乙基硼烷在氧气中燃烧发出飘浪的绿色火焰。研究硼烷天然氧化的几个机理倾向于否定自由基机理。但是光学活性的1-苯基乙基硼酸经过天然氧化途径得到产物完全外消旋化以及在自由基清除剂存在条件下反应被抑制，说明该反应是通过自由基机理进行。被广泛接受并且经ESR,NMR证明的机理如scheme 1中所示。Scheme 1：有机硼烷自氧化机理氧和三烷基硼烷之间一个取代基的均裂反应引发反应，释放出一个烷基自由基。烷基自由基与氧气反应生成一个过氧自由基再进一步与硼烷发生SH2反应使反应链条传递。通过丁基过氧基自由基与三丁基硼烷发生取代基均裂反应的速率常数30被测定为2.0106M-1s-1。单过氧化硼烷与氧气反应产生双过氧化硼烷。二过氧化硼烷与三烷基硼反应产生二烷基烷氧基硼。最后，二烷基烷氧基硼与氧气反应产生三烷氧基硼。2.2.烷氧基自由基三甲基硼烷烃与叔丁基次氯酸盐在光照条件下反应产生氯甲烷。这个反应显示叔丁氧基自由基可以取代硼上的一个甲基。涉及加成-消除途径的自由基机理如下所示（scheme 2）Scheme 2 光照条件下三甲基硼烷烃与叔丁基次氯酸盐的反应取代基的均裂反应占优势因为通过ESR实验没有四取代过渡态被检测到。进一步的动力学研究基于三烷基和三苯基硼烷与二烷基过氧基或者叔丁基次氯酸盐反应证明了预期的结果。合并三苯基硼烷与而叔丁基过氧化物反应的动力学研究结果和ESR实验结果证明形成四取代硼烷自由基后马上发生碎裂。有趣的是烷氧基自由基显示出比过氧基自由基更强的活性。反应活性的顺序已经得到：R3B > R2BOR > RB(OR)2 (R=alkyl)。硼中心上取代基的均裂速率已经被不同的系统确定。电子效应和立体效应影响有机硼烷产生过氧自由基的反应速率。更重要的是，已经通过ESR清楚的证明在硼烷的取代基反应中会经历一个非定域的过氧基自由基过渡态（scheme 3）。Scheme 3 B-Methylcatecholborane 与烷氧基自由基反应2.3.酮的三重态戴维斯曾经报道过酮与有机硼烷的的三重态。测量过的三烷基硼烷取代基均裂的反应速率与叔丁氧基自由基的反应速率极为相似。这一反应还没有被应用到合成中，可能是由于重组和歧化使自由基在反应混合物中消失，如scheme 4所示。Scheme 4 三丙基硼烷与酮反应2.4.烷基硫基自由基有机硼烷与硫醇反应产生链烷烃化合物最初假设经历四中心极性机理。后来证明是经过自由基机理。经过动力学和ESR实验，戴维斯和罗伯茨建立烷基硫基自由基，通过二硫化合物或硫醇产生，与三烷基硼烷反应产生硫醚或者链烷烃（scheme 5）。与硫基自由基反应顺序为Bu3B > i-Bu3B > s-Bu3B > Bu2B(SBu)。Scheme 5 三烷基硼烷与硫基自由基反应2.5.苯砜自由基三丁基硼烷与溴带苯砜在70使反应产生正溴丁烷（scheme 6）。关键步骤是硼烷在苯砜自由基作用下的取代均裂反应。Scheme 6 三丁基硼烷与对甲苯磺酰基自由基反应2.6.碳中心自由基硼中心被碳自由基均裂取代是不常见的。在气相中测定甲基自由基与三乙基硼烷反应得到较低的反应速率常数。有机硼烷与三氟甲基自由基的反应也已经被报道过。最近，百帝观察到一个新颖的重排反应涉及硼结合自由基进行环化。（scheme 8）。2-溴环己基二烷基硼烷与三丁基锡反应生成1,4-二醇而不是预期的1,3-二醇。生成1,4-二醇可能是在氢化锡减少前经过分子内硼上的取代基均裂发生了五元环的扩环反应。Scheme 7 碳中心自由基与烯丙基硼的分子内反应3.1.锡参与和相关途径三乙基硼烷被证明是从氢化锡形成锡自由基的很好的引发剂。-78摄氏度条件下，在三丁基锡作用下烷基溴烷基碘很容易被还原。碘苯的还原与烷基溴或碘一样都能得到很高的产率。Et3B/O2引发的自由基环化反应已经成为标准的反应途径。Lacote and Malacria利用该方法在低温下合成了苯基亚砜以避免热力学条件下消除甲磺酸生成联二烯。Et3B/O2引发的室温条件下的自由基反应已经被应用到三级醇的脱氧反应。由传统的AIBN引发自由基反应到Et3B/O2引发简介改变了反应的进程。例如AIBN引发下高炔丙基磺酸酯反应得到饱和的thionolactone，而用Et3B/O2引发得到不饱和的内酯。三乙基硼烷同样能够引发从相关的氢化物形成硅基自由基，。例如，Evans和Roseman报道了在三甲基硅烷存在下由酰基自由基环化生成乙烯基碳酸盐，用Et3B/O2代替AIBN引发，可以高立体选择性和高产率的得到顺式产物由于中间体酰基自由基的脱碳作用被抑制。另一个显著的例子，Ph2SiH2存在下由Et3B/O2引发热力学不稳定的溴丙炔的钴的络合物发生环化。得到还原和溴原子转移产物的混合物。有趣的是Et3B/O2能够在水相中引发。例如，在Et3B/O2引发下在水相中水溶性的硅试剂可以用来还原氯代烷烃和氯代苯。锗在Et3B/O2引发也被用来在室温条件下还原大量有机氯化物。例如，锗作用下使碘化苯高产率的发生环化同样在催化量的三苯基锗存在下与硼氢化钠反应也能发生环化。Et3B/O2同样能引发锡自由基在有机磷和磷酸作用下发生还原。自由基环化常用磷酸，碱和Et3B/O2在乙醇中作为自由基引发剂最近也被报道。3.2.烯烃和炔烃的加成反应炔类化合物的锡氢化通常是由AIBN热力学条件下引发，但是若要发生自由基环化必须高度稀释。当用到Et3B/O2体系引发时这个问题得到解决。在该反应条件下，三苯基锡基自由基选择性加成到末端炔烃上得到顺式和反式乙烯基锡的混合物。该反应已经被应用到烯炔自由基环化反应中。串联的自由基加成环化反应可选择性得到顺-乙烯基锡烷。应用如下所示。同样的，三（三甲基硅基）硅烷，硫醇和锗烷在Et3B/O2存在时都能够很容易的加成到末端炔上。该方法如同硅醇硅醚一样被延伸到非末端烯烃上。当用把催化剂从Pt换成Et3B/O2在高烯丙基和高炔丙醇的氢锗化中会观察到立体选择性发生反转。3.3.立体选择性的控制在过去二十年中控制自由基反应的立体选择性已经被深入的研究。很多努力已经得到了控制光学活性的条件：用Et3B/O2作为自由基引发剂在低温下反应通常能得到高的立体选择性。挑选出的例子证明了温度在控制力体选择行中的重要作用。控制非对应选择性：无环的-氯代-烷氧基酯的立体选择性的自由基还原烯丙基化反应已经被很好的证明。过渡态建立在最小1,3-A张力和偶极-偶极排斥作用。同时温度对立体化学也有很强影响。例如，下例中烯丙化反应由末端AIBN引发得到中等立体控制的S-构型产物。当在-78由Et3B/O2引发时可得到更高的立体选择性。另一例子中由自由基引发的立体控制的成环反应。低温时完全立体选择性是由于叔丁基二甲基硅基氧基团与Bu3SnH.Ueno-Stork自由基环化可以通过立体构性的缩醛中心被有效的控制。控制温度可达到很高的立体选择性。例如，在Et3B/O2引发下在-78可得到很高的立体选择性。热力学控制的AIBN引发，值得注意的是立体选择性很低 。通过非对应选择性的自由基环化反应合成化合物benzoaquinolizide skeleton已经被报道过。最好的非对应选择性条件是在-78时甲苯作溶剂用Et3B/O2引发。3.4.控制对应选择性Hoshino报道了在化学计量的手性路易斯酸存在下用Et3B/O2引发，-碘代内酯与三丁基烯丙基锡在低温下发生对应选择性的烯丙基化反应得到含季碳中心的产物。SiBi和Porter报道了第一个非环体系中的对应选择性例子。-78用催化量的手性路易斯酸作用下高对应选择性的自由基加成反应如下所示。4.总结在有机合成中自由基反应的大力发展导致了自由基有机硼化学的复兴。这类化学的基本原理是在上世纪六十和七十年代发展起来的，已经发展了大量的新颖或者普通的方法。这类应用中的一些，例如用三乙基硼作为引发剂的自由基链反应现在已经是有机化学中的经典。基于充分论证的对应和非对应选择性的硼氢化反应在不对称自由基反应中的应用，这种新颖的反应已经被期望应用于串联反应等更复杂的反应专心-专注-专业