274-07-7 / 兒茶酚硼烷參與Caglioti反應

概要

Caglioti反應 (Caglioti reaction)是將醛、酮或與其相對應的對甲苯磺酰腙在氫化物 (如NaBH4, LiAlH4, NaBH3CN, B2H6等)作用下，生成烷烴或烯烴 (對于α, β-不飽和醛及酮)的反應，又稱為Caglioti還原 (Caglioti reduction)或Caglioti烯烴合成 (Caglioti alkene synthesis)[1]-[6]。

該反應由意大利通用化學研究所 (Istituto di Chimica Generale)的L. Caglioti在1962年首次報道[1]。該方法中，目標產(chǎn)物烷烴 (可作為Wolff-Kishner還原, Wolff-Kishner還原Huang-Minlon改進法及Clemmensen還原的有效替代方法)或烯烴產(chǎn)物產(chǎn)率良好。然而，反應條件較為苛刻，例如，在采用硼烷/乙酸酐體系時，反應相依十分嚴格的無水無氧條件，而且，還原劑用量較大，在反應過程中會使部分底物出現(xiàn)較多的副反應[3]。另外，采用氫化鋁鋰時，反應過程中，化學選擇性及官能團兼容性可能較差，底物適用范圍較為有限[7]。

為解決這些問題，1975年Kabalka課題組研究發(fā)現(xiàn)，采用兒茶酚硼烷 (catecholborane)，能夠使反應條件更加溫和，試劑用量及副反應大為減少。同時，具有更加優(yōu)良的產(chǎn)率及官能團兼容性[8]-[9]。文獻中將這種改進的Caglioti反應稱為Kabalka改進法 (Kabalka modification)。

目前，該反應已成為有機合成過程中引入烷烴或烯烴單元的有效方法，在復雜有機分子合成設(shè)計及天然產(chǎn)物全合成過程中有潛在的應用價值[10]-[12]。

反應機理

硼烷參與的Caglioti反應

LiAlH4參與的Caglioti反應

NaBH3CN參與的Caglioti反應

兒茶酚硼烷參與的Caglioti反應

反應實例

實驗步驟

硼烷參與的Caglioti反應

將對甲苯磺酰腙底物 (1eq.)與硼氫化鈉 (16.7 eq.)放入連接有恒壓滴液漏斗及冷凝管的三口燒瓶中，通過雙排管抽真空-氮氣置換三次。再加入脫氣的二乙二醇二甲醚 (底物濃度為0.07 M)溶解。通過cannula向恒壓滴液漏斗內(nèi)加入三氟化硼-乙醚配合物。之后，開啟恒壓滴液漏斗下端活塞，將三氟化硼-乙醚配合物緩慢滴加至上述混合物中。將上述反應混合物攪拌過夜。再通過恒壓滴液漏斗加入乙酸酐 (90.6 eq.)，加熱回流，直至反應結(jié)束。反應結(jié)束后，將反應液倒入冰水中，再加入乙醚進行萃取。將合并的有機相依次加入10%氫氧化鈉溶液及水進行洗滌，隨后，加入無水硫酸鈉進行干燥。減壓除去溶劑后，將殘余固體通過甲醇重結(jié)晶進行純化，獲得最終目標產(chǎn)物。

NaBH3CN參與的Caglioti反應

將對甲苯磺酰腙底物 (1eq.)加入含有少量對甲苯磺酸 (0.15eq.)的DMF與環(huán)丁砜混合溶劑 (底物濃度為0.2 M)溶解，再加入氰基硼氫化鈉 (4 eq.)及適量環(huán)己烷。將上述反應混合物在100-105oC下加熱，直至反應結(jié)束。反應結(jié)束后，將反應液加入適量水進行稀釋，再加入環(huán)己烷進行萃取。將合并的有機相加入水進行洗滌，隨后，加入無水硫酸鈉進行干燥。減壓除去溶劑后，將殘余物在真空條件下進行蒸餾純化，獲得最終目標產(chǎn)物。

LiAlH4參與的Caglioti反應

在0oC，氮氣氣氛下，向?qū)妆交酋ｋ甑孜?(1eq.) 的無水四氫呋喃溶液 (底物濃度為0.13 M)中緩慢滴加氫化鋁鋰 (3eq.)的無水四氫呋喃溶液 (氫化鋁鋰濃度為0.26 M)。滴加完成后，將上述反應混合物在60oC下加熱，直至反應結(jié)束。反應結(jié)束后，將反應液冷卻至室溫，依次加入適量冷水進行稀釋，再加入2 M 鹽酸酸化后，加入正戊烷進行萃取。將合并的有機相采用無水硫酸鈉進行干燥。減壓除去溶劑后，再將殘余物通過短硅膠柱純化 (正戊烷/戊苯作為洗脫劑)，獲得最終目標產(chǎn)物。

兒茶酚硼烷參與的Caglioti反應

在0 ℃，氮氣氣氛下，用注射器向?qū)妆交酋ｋ甑孜?(1eq.) 的三氯甲烷溶液 (底物濃度為0.42 M)中加入兒茶酚硼烷 (1.1 eq.)，再加入乙酸鈉或乙酸銫 (3eq.)。將上述反應混合物進行加熱回流，直至反應結(jié)束。反應結(jié)束后，將反應液冷卻至室溫，首先，加入適量冷水進行稀釋，再加入三氯甲烷進行萃取。將合并的有機相采用無水硫酸鈉干燥。減壓除去溶劑后，將殘余物通過硅膠柱色譜純化，獲得最終目標產(chǎn)物。

參考文獻

[1] P. Camps, G. Colet, S. Segura, S. Vázquez, ARKIVOC 2007, (iv) 8. doi:10.3998/ark.5550190.0008.402.

[2] R. Ballini, M. Petrini, G. Rosini, J. Org. Chem. 1990, 55, 5159. doi:10.1021/jo00304a032.

[3] Y. D. Boyko, C. J. Huck, D. Sarlah, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 14131. doi:10.1021/jacs.9b08487.