自由及生物化學(xué)作業(yè)

1、有機(jī)硼烷提供自由基的反應(yīng) （Published by Cyril Ollivier Chem. Rev. 2001, 101） 王路鋒（220100903961）1. 簡(jiǎn)介自從1860年，弗蘭克蘭德歷史性的報(bào)道以來(lái)，有機(jī)硼烷化學(xué)引起了化學(xué)家廣泛的興趣。年布朗因?yàn)閷⒑鸹衔锇l(fā)展為有機(jī)合成中的重要試劑而獲得1979年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，從而使這項(xiàng)研究達(dá)到高潮。由于有機(jī)硼試劑中硼原子的空的P-軌道引起的缺電子特性，以及硼的衍生物的金屬特性，大量的努力都用來(lái)發(fā)展怎樣方便有效的利用這種特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換。利用這些特性，大量化學(xué)都發(fā)展起來(lái)了。例如，烯烴的硼氫化物，炔烴的硼氫化物；還有醛在烯丙基硼酯和丙二烯硼酯作用

2、下的烯丙基化和炔丙基化；硼烷的烯醇化反應(yīng)；DA反應(yīng)；Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)的徹底研究。1967年人們發(fā)現(xiàn)有機(jī)硼烷還可通過(guò)自由基途徑參與反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)最初被戴維斯和羅伯茨證明并被布朗和Suzuki應(yīng)用與合成，有機(jī)硼烷的應(yīng)用提供了大量新奇有效地合成方法。在這篇綜述中我們將描述最基本的由有機(jī)硼化合物參與的自由基反應(yīng)，即通過(guò)碳硼鍵的斷裂形成碳自由基中心。還有有機(jī)硼試劑作為自由基引發(fā)劑和自由基供體的實(shí)際應(yīng)用。反應(yīng)涉及通過(guò)胺-硼自由基失去氫原子形成烷基自由基的反應(yīng)再此綜述中沒(méi)有涉及，因?yàn)檫@些工作已經(jīng)被編寫(xiě)過(guò)并且該類(lèi)反應(yīng)不包含碳-硼鍵的斷裂。2.1.過(guò)氧化物自由基：有機(jī)硼試劑的自然氧化有機(jī)硼烷與氧氣反應(yīng)在18

3、60年被弗蘭克林蘭德有力的證明了，三乙基硼烷在氧氣中燃燒發(fā)出飄浪的綠色火焰。研究硼烷天然氧化的幾個(gè)機(jī)理傾向于否定自由基機(jī)理。但是光學(xué)活性的1-苯基乙基硼酸經(jīng)過(guò)天然氧化途徑得到產(chǎn)物完全外消旋化以及在自由基清除劑存在條件下反應(yīng)被抑制，說(shuō)明該反應(yīng)是通過(guò)自由基機(jī)理進(jìn)行。被廣泛接受并且經(jīng)ESR,NMR證明的機(jī)理如scheme 1中所示。Scheme 1：有機(jī)硼烷自氧化機(jī)理1 / 13氧和三烷基硼烷之間一個(gè)取代基的均裂反應(yīng)引發(fā)反應(yīng)，釋放出一個(gè)烷基自由基。烷基自由基與氧氣反應(yīng)生成一個(gè)過(guò)氧自由基再進(jìn)一步與硼烷發(fā)生SH2反應(yīng)使反應(yīng)鏈條傳遞。通過(guò)丁基過(guò)氧基自由基與三丁基硼烷發(fā)生取代基均裂反應(yīng)的速率常數(shù)30被測(cè)定為

4、2.0106M-1s-1。單過(guò)氧化硼烷與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生雙過(guò)氧化硼烷。二過(guò)氧化硼烷與三烷基硼反應(yīng)產(chǎn)生二烷基烷氧基硼。最后，二烷基烷氧基硼與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生三烷氧基硼。2.2.烷氧基自由基三甲基硼烷烴與叔丁基次氯酸鹽在光照條件下反應(yīng)產(chǎn)生氯甲烷。這個(gè)反應(yīng)顯示叔丁氧基自由基可以取代硼上的一個(gè)甲基。涉及加成-消除途徑的自由基機(jī)理如下所示（scheme 2）Scheme 2 光照條件下三甲基硼烷烴與叔丁基次氯酸鹽的反應(yīng)取代基的均裂反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)因?yàn)橥ㄟ^(guò)ESR實(shí)驗(yàn)沒(méi)有四取代過(guò)渡態(tài)被檢測(cè)到。進(jìn)一步的動(dòng)力學(xué)研究基于三烷基和三苯基硼烷與二烷基過(guò)氧基或者叔丁基次氯酸鹽反應(yīng)證明了預(yù)期的結(jié)果。合并三苯基硼烷與而叔丁基過(guò)氧化物反應(yīng)

5、的動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果和ESR實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明形成四取代硼烷自由基后馬上發(fā)生碎裂。有趣的是烷氧基自由基顯示出比過(guò)氧基自由基更強(qiáng)的活性。反應(yīng)活性的順序已經(jīng)得到：R3B > R2BOR > RB(OR)2 (R=alkyl)。硼中心上取代基的均裂速率已經(jīng)被不同的系統(tǒng)確定。電子效應(yīng)和立體效應(yīng)影響有機(jī)硼烷產(chǎn)生過(guò)氧自由基的反應(yīng)速率。更重要的是，已經(jīng)通過(guò)ESR清楚的證明在硼烷的取代基反應(yīng)中會(huì)經(jīng)歷一個(gè)非定域的過(guò)氧基自由基過(guò)渡態(tài)（scheme 3）。Scheme 3 B-Methylcatecholborane 與烷氧基自由基反應(yīng)2.3.酮的三重態(tài)戴維斯曾經(jīng)報(bào)道過(guò)酮與有機(jī)硼烷的的三重態(tài)。測(cè)量過(guò)的三烷基硼烷取

6、代基均裂的反應(yīng)速率與叔丁氧基自由基的反應(yīng)速率極為相似。這一反應(yīng)還沒(méi)有被應(yīng)用到合成中，可能是由于重組和歧化使自由基在反應(yīng)混合物中消失，如scheme 4所示。Scheme 4 三丙基硼烷與酮反應(yīng)2.4.烷基硫基自由基有機(jī)硼烷與硫醇反應(yīng)產(chǎn)生鏈烷烴化合物最初假設(shè)經(jīng)歷四中心極性機(jī)理。后來(lái)證明是經(jīng)過(guò)自由基機(jī)理。經(jīng)過(guò)動(dòng)力學(xué)和ESR實(shí)驗(yàn)，戴維斯和羅伯茨建立烷基硫基自由基，通過(guò)二硫化合物或硫醇產(chǎn)生，與三烷基硼烷反應(yīng)產(chǎn)生硫醚或者鏈烷烴（scheme 5）。與硫基自由基反應(yīng)順序?yàn)锽u3B > i-Bu3B > s-Bu3B > Bu2B(SBu)。Scheme 5 三烷基硼烷與硫基自由基反應(yīng)2.

7、5.苯砜自由基三丁基硼烷與溴帶苯砜在70使反應(yīng)產(chǎn)生正溴丁烷（scheme 6）。關(guān)鍵步驟是硼烷在苯砜自由基作用下的取代均裂反應(yīng)。Scheme 6 三丁基硼烷與對(duì)甲苯磺?；杂苫磻?yīng)2.6.碳中心自由基硼中心被碳自由基均裂取代是不常見(jiàn)的。在氣相中測(cè)定甲基自由基與三乙基硼烷反應(yīng)得到較低的反應(yīng)速率常數(shù)。有機(jī)硼烷與三氟甲基自由基的反應(yīng)也已經(jīng)被報(bào)道過(guò)。最近，百帝觀察到一個(gè)新穎的重排反應(yīng)涉及硼結(jié)合自由基進(jìn)行環(huán)化。（scheme 8）。2-溴環(huán)己基二烷基硼烷與三丁基錫反應(yīng)生成1,4-二醇而不是預(yù)期的1,3-二醇。生成1,4-二醇可能是在氫化錫減少前經(jīng)過(guò)分子內(nèi)硼上的取代基均裂發(fā)生了五元環(huán)的擴(kuò)環(huán)反應(yīng)。Schem

8、e 7 碳中心自由基與烯丙基硼的分子內(nèi)反應(yīng)3.1.錫參與和相關(guān)途徑三乙基硼烷被證明是從氫化錫形成錫自由基的很好的引發(fā)劑。-78攝氏度條件下，在三丁基錫作用下烷基溴烷基碘很容易被還原。碘苯的還原與烷基溴或碘一樣都能得到很高的產(chǎn)率。Et3B/O2引發(fā)的自由基環(huán)化反應(yīng)已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)途徑。Lacote and Malacria利用該方法在低溫下合成了苯基亞砜以避免熱力學(xué)條件下消除甲磺酸生成聯(lián)二烯。Et3B/O2引發(fā)的室溫條件下的自由基反應(yīng)已經(jīng)被應(yīng)用到三級(jí)醇的脫氧反應(yīng)。由傳統(tǒng)的AIBN引發(fā)自由基反應(yīng)到Et3B/O2引發(fā)簡(jiǎn)介改變了反應(yīng)的進(jìn)程。例如AIBN引發(fā)下高炔丙基磺酸酯反應(yīng)得到飽和的thionol

9、actone，而用Et3B/O2引發(fā)得到不飽和的內(nèi)酯。三乙基硼烷同樣能夠引發(fā)從相關(guān)的氫化物形成硅基自由基，。例如，Evans和Roseman報(bào)道了在三甲基硅烷存在下由?；杂苫h(huán)化生成乙烯基碳酸鹽，用Et3B/O2代替AIBN引發(fā)，可以高立體選擇性和高產(chǎn)率的得到順式產(chǎn)物由于中間體酰基自由基的脫碳作用被抑制。另一個(gè)顯著的例子，Ph2SiH2存在下由Et3B/O2引發(fā)熱力學(xué)不穩(wěn)定的溴丙炔的鈷的絡(luò)合物發(fā)生環(huán)化。得到還原和溴原子轉(zhuǎn)移產(chǎn)物的混合物。有趣的是Et3B/O2能夠在水相中引發(fā)。例如，在Et3B/O2引發(fā)下在水相中水溶性的硅試劑可以用來(lái)還原氯代烷烴和氯代苯。鍺在Et3B/O2引發(fā)也被用來(lái)在室溫條

10、件下還原大量有機(jī)氯化物。例如，鍺作用下使碘化苯高產(chǎn)率的發(fā)生環(huán)化同樣在催化量的三苯基鍺存在下與硼氫化鈉反應(yīng)也能發(fā)生環(huán)化。Et3B/O2同樣能引發(fā)錫自由基在有機(jī)磷和磷酸作用下發(fā)生還原。自由基環(huán)化常用磷酸，堿和Et3B/O2在乙醇中作為自由基引發(fā)劑最近也被報(bào)道。3.2.烯烴和炔烴的加成反應(yīng)炔類(lèi)化合物的錫氫化通常是由AIBN熱力學(xué)條件下引發(fā)，但是若要發(fā)生自由基環(huán)化必須高度稀釋。當(dāng)用到Et3B/O2體系引發(fā)時(shí)這個(gè)問(wèn)題得到解決。在該反應(yīng)條件下，三苯基錫基自由基選擇性加成到末端炔烴上得到順式和反式乙烯基錫的混合物。該反應(yīng)已經(jīng)被應(yīng)用到烯炔自由基環(huán)化反應(yīng)中。串聯(lián)的自由基加成環(huán)化反應(yīng)可選擇性得到順-乙烯基錫烷。應(yīng)

11、用如下所示。同樣的，三（三甲基硅基）硅烷，硫醇和鍺烷在Et3B/O2存在時(shí)都能夠很容易的加成到末端炔上。該方法如同硅醇硅醚一樣被延伸到非末端烯烴上。當(dāng)用把催化劑從Pt換成Et3B/O2在高烯丙基和高炔丙醇的氫鍺化中會(huì)觀察到立體選擇性發(fā)生反轉(zhuǎn)。3.3.立體選擇性的控制在過(guò)去二十年中控制自由基反應(yīng)的立體選擇性已經(jīng)被深入的研究。很多努力已經(jīng)得到了控制光學(xué)活性的條件：用Et3B/O2作為自由基引發(fā)劑在低溫下反應(yīng)通常能得到高的立體選擇性。挑選出的例子證明了溫度在控制力體選擇行中的重要作用?？刂品菍?duì)應(yīng)選擇性：無(wú)環(huán)的-氯代-烷氧基酯的立體選擇性的自由基還原烯丙基化反應(yīng)已經(jīng)被很好的證明。過(guò)渡態(tài)建立在最小1,3

12、-A張力和偶極-偶極排斥作用。同時(shí)溫度對(duì)立體化學(xué)也有很強(qiáng)影響。例如，下例中烯丙化反應(yīng)由末端AIBN引發(fā)得到中等立體控制的S-構(gòu)型產(chǎn)物。當(dāng)在-78由Et3B/O2引發(fā)時(shí)可得到更高的立體選擇性。另一例子中由自由基引發(fā)的立體控制的成環(huán)反應(yīng)。低溫時(shí)完全立體選擇性是由于叔丁基二甲基硅基氧基團(tuán)與Bu3SnH.Ueno-Stork自由基環(huán)化可以通過(guò)立體構(gòu)性的縮醛中心被有效的控制?？刂茰囟瓤蛇_(dá)到很高的立體選擇性。例如，在Et3B/O2引發(fā)下在-78可得到很高的立體選擇性。熱力學(xué)控制的AIBN引發(fā)，值得注意的是立體選擇性很低 。通過(guò)非對(duì)應(yīng)選擇性的自由基環(huán)化反應(yīng)合成化合物benzoaquinolizide skeleton已經(jīng)被報(bào)道過(guò)。最好的非對(duì)應(yīng)選擇性條件是在-78時(shí)甲苯作溶劑用Et3B/O2引發(fā)。3.4.控制對(duì)應(yīng)選擇性Hoshino報(bào)道了在化學(xué)計(jì)量的手性路易斯酸存在下用Et3B/O2引發(fā)，-碘代內(nèi)酯與三丁基烯丙基錫在低溫下發(fā)生對(duì)應(yīng)選擇性的烯丙基化反應(yīng)得到含季碳中心的產(chǎn)物。SiBi和Porter報(bào)道了第一個(gè)非環(huán)體系中的對(duì)應(yīng)選擇性例子。-78用催化量的手性路易斯酸作用下高對(duì)應(yīng)選擇性的自由基加成反應(yīng)如下所示。4.總結(jié)在有機(jī)合成中自由基反應(yīng)的大力發(fā)展導(dǎo)致了自由基有機(jī)硼化學(xué)的復(fù)興。這