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加拿大达尔豪斯大学Mark Stradiotto课题组报道了一种配体促进镍催化脂肪族醇或酚与(杂)芳基氯化物的O-芳基化反应,合成了一系列(杂)芳基醚衍生物。其中,该反应以DBU(1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯)或BTPP((叔丁基亚氨基)三(吡咯烷)膦)作为有机碱,NaTFA(三氟乙酸钠)作为卤化物清除剂。值得注意的是,与常用的NaOtBu不相容的碱性敏感的底物也能够成功转化。竞争性研究结果表明,亲电试剂、亲核试剂和有机碱在导向脂肪醇与酚的O-芳基化选择性方面之间存在复杂的相互作用。相关研究成果发表在ACS Catal.上(DOI: 10.1021/acscatal.3c05405)。
在镍催化的交叉偶联方法中,C(sp2)−O键的形成是合成生物相关(杂)芳醚的有效方法。传统上,利用脂肪族醇或酚合成(杂)芳基醚的方法主要涉及亲核芳香取代(SNAr)以及Cu或Pd催化体系(Figure 1A),但常需使用活化的(杂)芳基亲电试剂、存在苛刻的反应条件或使用昂贵的贵金属催化剂。近些年来,涉及光化学/电化学/还原方法以及热催化方法在内的镍催化C−O交叉偶联已取得一定的进展。然而,此类反应常需使用无机碱,从而限制了反应的工业化应用。近日, Mark Stradiotto课题组报道了一种在有机碱存在下,在没有光化学或电化学活化的情况下,首次实现了镍催化脂肪族醇或酚与(杂)芳基氯化物的O-芳基化反应,合成了一系列(杂)芳基醚衍生物(Figure 1B)。
首先,作者以4-氯喹哪啶(1a)、4-氯苯甲腈(1b)与1-氯萘(1c)和4-甲基-1-戊醇(2a)与异丙醇(2b)作为模型底物,对反应条件进行了大量的筛选(Table 1)。筛选结果表明,当以C1作为催化剂,DBU作为碱,NaTFA作为卤化物清除剂,甲苯作为溶剂,在110℃下反应,可以优异的收率分别得到相应的醚产物3a-3c。
在获得上述最佳反应条件后,作者对脂肪族醇与(杂)芳基卤化物的底物范围进行了扩展(Scheme 1)。首先,含有支链、芳基、苄基和杂芳基取代的一级O-亲核试剂,均可顺利进行交叉偶联反应,可以中等至良好的收率得到相应的产物3a-3o。其次,一系列二级醇,如异丙醇、环己醇、2-金刚烷醇和1-苯基乙醇,也是合适的底物,可以中等至良好的收率获得相应的产物4a-4b和4d-4i。然而,三级脂肪族醇未能有效地进行反应。值得注意的是,一系列(杂)芳基氯化物也与体系兼容。
紧接着,作者以(杂)芳基氯化物(1b-1e)和4-甲氧基苯酚(2c)作为模型底物,对反应条件进行了大量的筛选(Table 2)。筛选结果表明,当以Ni(COD)2作为催化剂,L1作为配体,BTPP作为碱,NaTFA作为卤化物清除剂,甲苯作为溶剂,在110℃下反应,可以分别以良好的收率得到相应的醚产物6a-6d。
随后,作者对酚与(杂)芳基氯化物的底物范围进行了扩展(Scheme 2)。首先,杂环芳基氯化物(6c−6e、6g−6i和6k)、4-氯苯甲腈(6a、6j和6l)、1-氯萘(6b)和4-氯苯甲醛(6f),均可作为偶联底物。同时,亲核试剂的范围还包括4-甲氧基苯酚(6a−6f)、2-甲基苯并噻唑-6-醇(6i)、2,4-二甲基苯酚(6j)、4-叔丁基苯酚(6l)和芝麻酚(6h)。此外,香兰素(6g和6k)也可成功进行O-芳基化反应。
此外,作者进行了相关的竞争性实验研究(Scheme 3)。首先,4-甲基-1-戊醇(2a)和4-甲氧基苯酚(2c)之间与1b(Scheme 3A与Scheme 3B)的竞争性实验结果显示,2a优先与1b进行反应。其次,异丙醇(2b)和4-甲氧基苯酚(2c)之间与1b(Scheme 3C与Scheme 3D)的竞争性实验结果显示,在酚反应条件下,反应没有较好的选择性(Scheme 3C)。然而,在脂肪族醇条件下,当使用BTPP时,1b优先于异丙醇(2b)反应。当使用DBU时,1b优先与4-甲氧基苯酚(2c)反应(Scheme 3D)。此外,4-甲氧基苯酚(2c)与2-苯基乙醇之间与1e的竞争性实验结果显示(Scheme 3E与Scheme 3F),1e优先与4-甲氧基苯酚(2c)反应。上述结果表明,亲电性质、亲核结构和OH酸度以及所选有机碱的复杂相互作用导,致了在该催化体系中观察到的亲核选择性。同时,在使用L3/Ni(COD)2与无机碱的Ni-催化的苯酚亲核试剂的C−O交叉偶联中,氯吡啶亲电试剂(如1e)是唯一优选的底物。
总结:加拿大达尔豪斯大学Mark Stradiotto课题组报道了一种配体(PAd2-DalPhos,L1)促进镍催化脂肪族醇或酚与(杂)芳基氯化物的O-芳基化反应,合成了一系列(杂)芳基醚衍生物。值得注意的是,该反应使用可溶性的DBU或BTPP作为有机碱,避免了溶解性和与使用弱无机碱(如Cs2CO3)相关的其他问题,并且它能够转化通常与强无机碱(例如NaOtBu)不相容的碱敏感底物,从而进一步扩展了底物的范围。
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