布朗硼氢化反应的机理及合成应用

Brown Hydroboration(布朗硼氢化)反应,是硼烷对烯烃进行协同顺式加成得到有机硼加成产物,然后在碱性条件下氧化得到醇的反应。

1956 年,美国普渡大学的布朗 (Herbert C. Brown) 教授首先报道发现了该反应。在后来的几十年中, Brown 又对该反应进行了系统的研究,揭示了该反应的机理、区域选择性、立体选择性以及在有机合成中的许多重要应用。所以,现在人们称该类反应为 Brown 硼氢化反应 。

反应定义

Addition of boranes to alkenes

图片来源:摩熵化学(MolAid)

反应机理

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硼烷加到双键上是一个协同进程,经过一个四元环中心过渡态。

① B-H键加成反应:首先、烯烃和B上面的空轨道发生相互作用并形成配合物。接下来进行协同顺式加成反应。

② B-C键的氧化断裂:过氧化氢的共轭碱与B的空轨道配位。之后,经过羟基的脱离而发生重排反应。反应过程中能保持碳原子上的立体化学。

其特点是:

(1)反应过程不发生重排;

(2)反应为顺式加成;

(3)与不对称烯烃加成时,符合反马尔可夫尼可夫规则(anti-Markovnikovʹs rule:硼原子加到含氢原子较多的双键碳原子上,而氢则加在含氢较少的碳原子上)

(4)反应具有高度的区域选择性和立体专一性

有机硼烷可以发生多种反应,是一个多能的中间体,可以用来合成多种类型的有机化合物。例如:烯烃的硼氢化-氧化反应可以制备醇;炔烃的硼氢化-氧化可以制备醛和酮,用其他有机试剂替代过氧化氢也可用于制备胺、卤代烷等。

合成应用

在对映选择性全合成吲哚生物碱 trinervine 时,J.M.Cook 和他的合作者通过碳9到碳20之间的挂式双键的硼氢化反应和氧化反应而获得使了很好的对映选择性。

图片来源:人名反应的战略性应用

在不对称合成 (3aR,4R,7aS)- 7a-甲基全氢化-4 -羟基-1-二氢茚酮中,M. Vandewale 意识到了通过(8a)-甲基( 1,1 )-亚乙氧基- 1,2,3,4,6,7,8,8a-八氢化奈的硼氢化反应和氧化反应可以生成顺式十氢化奈结构。

图片来源:人名反应的战略性应用

在铑催化不对称硼氢化苯乙烯衍生物反应中,PKnochel 和他的合作者曾用二膦烷作为配体。最好的结果是在用非常富电子的二膦烷及-35 ℃时获得的,得到的(s)-1 -苯基乙醇 ee 值高达 92%,区域选择大于 99:1( 马科尼科夫产物)。而降低反应温度会导致不反应,同时较高的温度也会导致较低的对映选择性和区域选择性 。该反应区域选择性在所有情况都是很好的,但取代基电负性,位置和大小都对其对映选择性有深刻影响。

图片来源:人名反应的战略性应用

H.Makabe 在实验室完成了不对称全合成(-)-山扁豆碱的合成。合成路线中有一步,即用氯化钯高度非对映选择催化非环化反应生成氨基烯丙胺醇,这是一个关键的步骤。接下来环状物用 9-BBN 硼氢化,继而接着氧化成想要的主要产物醇类,醇类接着便可以转化为(-)山扁豆碱。


图片来源:人名反应的战略性应用

反应实例

Journal of the American Chemical Society, 2008 , vol. 130, # 29 p. 9218 - 9219

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Angewandte Chemie, International Edition, 2000 , vol. 39, # 13 p. 2294 - 2297

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Patent: WO2010/39531 A1, 2010

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Tetrahedron Letters, 2001 , vol. 42, # 50 p. 8829 - 8832

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Journal of the American Chemical Society, 2008 , vol. 130, # 29 p. 9218 - 9219

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化学家介绍

Herbert B. Brown (1912-2004) 于 1936 年从芝加哥大学获得学士学位。接着,他在芝加哥大学 Schlesinger 教授指导下开始了棚氢化合物的研究,并在1938 年获得博士学位。他在芝加哥大学作了四年讲师之后,在 Wayne 大学得到了一个助理教授的职位,并在 1946 年晋升为副教授。1947 年, Brown 成为普渡大学的化学教授,并在 1978 年名誉退休后一直工作到 2004 年去世。

他一生致力于有机棚化学的研究,于 1940 年和 Schlesinger 教授一起发现了现代有机化学中最常用的还原试剂 NaBH40 1956 年,他发现了以他的名字命名的 Brown 棚氢化反应。Brown 因发展棚化合物的合成并将它们用作有机合成试剂而荣获 1979 年的诺贝尔化学奖 。


来源:碳氢数科

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