在前几天的今日化学前沿中,我们曾解读了上海药物所张翱研究员在制备间位硝基芳香化合物方面的进展,可以看出,把芳香硝基化合物还原为芳胺是一类非常重要的反应,因为芳胺是有机合成中的重要中间体,也是药物、材料、染料等合成中的重要前体。
把硝基苯还原为苯胺便是有机化学教科书中的反应,就目前的报道来看,主要有两大类反应,一是金属参与的,例如酸性条件下用铁、锌或者二价锡做还原剂,这些反应要用到强酸条件;或者用钯、铂、镍、钌等催化的氢化反应,则需要当量的金属,同时需要氢气。另一种就是无金属催化的,例如用9,10-二氢蒽、1,4-二氢吡啶、硫醇类等还原剂,最近也有报道用HSiCl₃和三乙胺TEA还原硝基苯的。但这些反应没有良好的化学选择性,或者需要高压氢化设备,较长的反应时间,因此,非常有必要开发一些条件温和、环境友好的还原芳香硝基化合物的方法。
二频呐醇二硼酸酯(B₂pin₂)是一种非常稳定、绿色环保并且廉价的试剂,在硼化学中具有广泛应用。近期,有人报道了利用B₂pin₂还原胺的氮氧化物,用来切断氮氧键,但还未有将其用于硝基化合物还原的报道,因此,吴养洁院士团队便开始了利用B₂pin₂还原芳香硝基化合物的尝试。
首先,作者通过条件筛选,找到了最佳反应条件:1.0 eq. 的芳香硝基化合物在B₂pin₂ (3.1 eq.) 、KOtBu (1.2 eq.) 参与下,异丙醇 iPrOH 作溶剂,110℃反应 2 h ,便可以高效地将芳香硝基化合物还原为相应的芳胺。接着,作者进行了底物扩展,二十几个底物在最佳反应条件下,都能以较好的收率得到相应的芳胺,最好的产率高达90%,并且表现出了良好的官能团容忍性,卤素、烷基、烷氧基、酯基、苄基等都能够兼容,而且该反应具有较好的化学选择性,底物中的醛基、羧基、氰基等都不会被还原。
作者也提出了可能的反应机理:异丙醇被叔丁醇钾拔氢以后,生成的烷氧负离子和二频呐醇二硼酸酯(B₂pin₂)发生反应生成新的负离子A,A进攻芳香硝基化合物,失去异丙醇片呐醇的硼酸酯B,得到硼酸酯中间体C,氧迁移得到新的硼酸酯D,失去一分子HOBpin得到氮氧化合物E,E再和A发生反应,经由相同的过程得到胺基硼酸酯H,最后水解得到相应的芳胺。
总之,吴养洁院士和邹大鹏教授团队报道了一种新型的无金属催化的条件下,将芳香硝基化合物还原为芳胺的方法,作者利用异丙醇作溶剂,在叔丁醇钾KOtBu和二片呐醇二硼酸酯(B₂pin₂)作用下,芳香硝基化合物就可以较好的收率还原得到芳胺,反应温和,操作简便,官能团容忍性好,是对传统的芳香硝基化合物还原为芳胺反应的重要补充。如果能将底物范围继续扩展,反应温度降低,该反应将会更加的绿色环保、经济适用。
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