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A mágica da seleção invertida: como a hidroborificação catalisada por metais afeta a regiosseletividade do produto?
A reação de hidroborificação catalisada por metais na química é uma técnica importante na síntese orgânica e é considerada um dos muitos exemplos de catálise homogênea. O desenvolvimento dessa tecnologia pode ser rastreado até 1975, quando Kono e Ito relataram que o catalisador de Wilkinson (Rh(PPh3)3Cl) poderia sofrer adição oxidativa ao aparentemente inativo fenol borano (HBcat), promovendo assim a reação de hidroborificação. participar.
A hidroborificação catalisada por metais torna a funcionalização de ligações duplas carbono-carbono mais eficiente e seletiva, o que não é possível com a hidroborificação não catalisada.
Em 1985, Männig e Nöth demonstraram pela primeira vez que o catalisador de Wilkinson pode de fato catalisar a hidroborificação de olefinas por HBcat, enquanto que na ausência de um catalisador, a reação de hidroborificação leva à redução do grupo carbono. Com o progresso de pesquisas subsequentes, descobriu-se que a hidroborificação catalisada por metais de transição possui características únicas de seletividade de grupo funcional, regio-, estereo- e química.
Mecanismo de reação
Acredita-se geralmente que as reações de hidroborificação catalisadas por Rh ocorrem por meio da dissociação do centro Rh(I) do ligante trifenilfosfina. Em seguida, a ligação B-H do borato de hidreto sofre adição oxidativa para formar um complexo de hidreto Rh(III) de 16 elétrons. A inserção migratória da olefina pode então fornecer dois regioisômeros do complexo boreto de alquila Rh(III).
Durante a regeneração do catalisador, a eliminação redutiva do éster borato libera o catalisador, um processo que permite que o ciclo catalítico prossiga.
No entanto, há visões divergentes na comunidade acadêmica em relação ao mecanismo de coordenação das olefinas. O mecanismo de dissociação apoiado por Männig e Nöth assume que a coordenação da olefina é acompanhada pela perda do ligante trifenilfosfina, enquanto o mecanismo combinado proposto por Burgess et al. assume que a olefina se liga ao cloro sem perder o ligante. A aplicação de métodos computacionais ajudou os acadêmicos a explorar essa área em profundidade, e os resultados mostram que ambos os mecanismos têm suas próprias evidências subjacentes.
Seletividade
Além das evidências iniciais fornecidas por Männig e Nöth, a síntese total de (+)-ptilocaulina também demonstrou a hidroborificação seletiva de olefinas terminais na presença de cetonas. Em termos de regiosseletividade, os resultados da hidroborificação catalisada são significativamente diferentes daqueles das reações não catalisadas, e produtos Markovnikov ou anti-Markovnikov podem ser obtidos dependendo do ligante e da olefina. A regiosseletividade da reação catalítica é particularmente notável para a hidroborificação de vinilarenos.
O catalisador de Wilkinson ou Rh(COD)2 (na presença de PPh3) produz produtos de Markovnikov, enquanto na ausência de um catalisador, são produzidos produtos anti-Markovnikov.Para explicar a alta regiosseletividade da hidroborificação catalítica, Hayashi propôs um mecanismo envolvendo complexos η3-fenilRh. Pesquisas subsequentes se expandiram gradualmente para olefinas com diferentes substituintes. A conquista mais notável foi em 1990, quando Brown e sua equipe alcançaram a hidroborificação assimétrica usando um catalisador aquiral e um borano quiral derivado da efedrina. A seletividade é geralmente baixa, mas o valor ee pode atingir 90%.
Os resultados nesta área foram ainda mais aprimorados com o uso de catalisadores quirais e fontes de borano aquirais, especialmente usando ligantes de bisfosfina quirais como BINAP. Com o avanço de vários estudos, surgiram gradualmente exemplos bem-sucedidos de anéis de benzeno com substituintes e substituintes maiores de olefina, o que permitiu que a hidroborificação catalítica fosse estendida a olefinas mais estericamente impedidas.
Essa tecnologia não só tem importância de longo alcance para a pesquisa acadêmica, mas também oferece novas perspectivas para aplicações industriais, especialmente a síntese de pequenas moléculas com estruturas complexas e atividade biológica.
Durante a hidroborificação catalítica, os produtos de oxidação dos ésteres de borato são frequentemente convertidos em álcoois, o que limita o escopo da síntese, especialmente quando são necessários grupos amino simétricos e quirais. Por meio da transformação de compostos de borato de hidreto de cobalto, feniletilaminas α-substituídas podem ser sintetizadas, algumas das quais são compostos comercialmente valiosos. Essa tecnologia ainda está sendo desenvolvida e aplicada de novas maneiras.
Combinado com os resultados da pesquisa acima, como as pesquisas futuras irão superar as limitações sintéticas existentes e promover o desenvolvimento adicional da tecnologia de hidroborificação catalisada por metais?
