CC BY
18
УДК 547.1
Мазеина Г.С., Сухоруков А.Ю.
РАЗРАБОТКА НОВЫХ ЗАЩИТНЫХ ГРУПП ДЛЯ БОРОНОВЫХ КИСЛОТ НА ОСНОВЕ БОРАДАМАНТАНОВ
Мазеина Галина Сергеевна, студентка 1 курса магистратуры факультета Естественных наук РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва, e-mail: mmvi5444@gmail.com
Сухоруков Алексей Юрьевич, к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории функциональных органических соединений Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Россия, Москва Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Москва, Россия 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 47
В статье предлагается новый тип защитных групп для бороновых кислот, устойчивых в щелочных условиях. Показана возможность применения предложенной стратегии защитных групп для модулярного синтеза полиарильных соединений из 4-бромфенилбороновой кислоты.
Ключевые слова: защитные группы, реакция кросс-сочетания Сузуки-Мияура, борадамантаны
DESIGN OF NEW PROTECTIVE GROUPS FOR BORONIC ACIDS BASED ON BORADAMANTANES
Mazeina G.S., Sukhorukov A.Yu.
N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry Russian Academy of Sciences
The paper proposes a new type of protective groups for boronic acids that are stable under alkaline conditions. The possibility of using the proposed protective groups strategy for the modular synthesis of polyaryl compounds from 4-bromophenylboronic acid has been shown.
Keywords: protective groups, Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction, boradamantanes
Введение
Катализируемое палладием сочетание производных борорганических кислот с органическими галогенидами - реакция кросс-сочетания Сузуки-Мияура - является одним из самых удобных и надежных способов формирования С-С связи. Эффективность этой реакции, а также стабильность исходных борорганических кислот на воздухе способствуют самому широкому ее применению. В настоящее время совершенствуются используемые каталитические системы, что позволяет эффективно синтезировать множество органических соединений, включающих в себя
полиарильные фрагменты, с их дальнейшим использованием в науке и технологии.
В последние годы практикуется использование галогенсодержащих борорганических кислот в качестве бифункционального реагента в реакциях кросс-сочетания. Для этого применяется стратегия введения защитных групп: бороновая кислота дезактивируется защитной группой, что позволяет соединению вступать в реакцию кросс-сочетания в качестве галогенидного реагента [1], а дальнейшее снятие защитной группы дает возможность проводить реакцию с противоположного конца (Схема 1).
установка защитной группы
В(ОН)2
1) PllB(OH)2
р>)
В"
2) снятие защитной
группы
РЬ
В(ОН)2
Схема 1. Общая схема синтеза
Однако, несмотря на ключевую роль бороновых кислот в этих реакциях, их разложение в условиях реакции (отрыв борсодержащей группировки, окисление и палладий-катализируемое
гомосочетание) накладывает значительное ограничение на область их применения. Кроме того, присущая бороновым кислотам неустойчивость усложняет их применение при обычных условиях (воздух, влажность, кислород и температура) и методиках очистки (силикагель). Для решения этих проблем были разработаны различные защитные группы, охватывающие широкий диапазон физических, химических и реакционных характеристик, которые можно использовать в различных ситуациях.
Циклические эфиры широко используются в роли защитных групп для бороновых кислот. При взаимодействии бороновых кислот с диолами или дикарбоновыми кислотами (например, MIDA) [2] происходит образование диэфиров [3], а также (из-за наличия еще одной свободной орбитали у бора) орто-эфиров. Однако, такие защитные группы нестабильны в щелочной среде, в которой проводятся реакции Сузуки-Мияура, и, соответственно, не могут быть использованы для реализации последовательности, показанной на Схеме 1. В литературе [4] имеется пример образования устойчивого в щелочной среде триоксоборадамантана, который применяется исследователями в качестве защитной группы в реакции кросс-сочетания. Однако, высокие выходы продуктов достигаются лишь при трехкратном избытке бороновой кислоты и при использовании достаточно сложных комплексов палладия, таких как комплекс [1,1-
бис(дифенилфосфино)ферроцен]дихлорпалладия (II) с дихлорметаном, дихлорид
бис(трифенилфосфин)палладия (II) и др. Нашей научной группой недавно было опубликовано исследование, касающееся получения
оксоазаборадамантанов и диадамантанов из оксимов
и бороновых кислот [5]. Аддукты бороновых кислот и оксимов устойчивы при нагревании в щелочной среде, и, следовательно, совместимы с условиями реакции Сузуки. Таким образом, цель нашей работы заключается в применении тримеров оксимов как защитных групп для бороновых кислот в реакции Сузуки-Мияура на примере получения триаренов из 4-бромфенилбороновой кислоты с использованием более доступного катализатора и минимального избытка бороновой кислоты.
Результаты и их обсуждение
На первой стадии осуществлялось введение защитной группы - 2,4,10-триокса-1,5,7-триаза-3-борадамантана и диадамантана. Далее была проведена реакция Сузуки с фенилбороновой кислотой и последующее снятие защитной группы. На конечном этапе получали триарены посредством наращивания цепи с другого конца (Схема 1).
На первом этапе осуществляется введение защитной группы для бороновой кислоты путем конденсации 4-бромфенилбороновой кислоты с оксимом формальдегида или трис-оксимом Ох3Н3. в присутствии поташа (Схема 2). В результате с выходами, близкими к количественным, были получены аддукты 1а и 1Ъ, представляющие собой ат-комплексы исходной бороновой кислоты адамантановой (диадамантановой) структуры. Строение обоих продуктов было подтверждено с помощью методов ЯМР на ядрах :Н, 13С и ПВ, а также данными масс-спектрометрии высокого разрешения. В 1Н-спектре 1а присутствуют сигналы, характерные для СН2-групп - два дублета, соответствующие аксиальным и экваториальным протонам. В 13С ЯМР спектре также присутствуют характерные сигналы СН2-фрагментов в 73,9 м.д. Аддукты 1а и 1Ъ стабильны вплоть до температуры плавления и разрушаются лишь при действии сильных кислот.
N-J__1
Схема 2. Установка защитных групп на бороновую кислоту
Реакция Сузуки проводилась взаимодействием соединения 1а с фенилбороновой кислотой (1,1 eq.) в различных растворителях с выходами до 86% (Схема 3). В качестве катализатора использовался ацетат палладия (5 mol. %), в качестве основания -фосфат калия. В результате скрининга условий реакции было найдено, что максимальный выход продукта 86% достигается при использовании смеси этанол-вода в соотношении 5:1 в качестве растворителя.
Строение продукта реакции - соединения 2 -подтверждено данными масс-спектрометрии высокого разрешения, ПМР и 13С ЯМР-спектроскопии В :Н-спектре присутствуют сигналы, характерные и для СН2-групп, и для ароматических
протонов - два мультиплета и два дублета со сходной константой спин-спинового
взаимодействия. В 13С ЯМР спектре наблюдаются характерные сигналы СН2-фрагментов в 72,6 м.д. Соединение 1Ъ также вводилось реакцию Сузуки, что приводило к соответствующему продукту кросс-сочетания 2Ъ, хотя и с меньшим выходом, чем 2а.
Полученное на предыдущей стадии соединение 2 обрабатывалось водным раствором соляной кислоты (Схема 3). После снятия защитной группы была проведена реакция Сузуки с полученной бифенилбороновой кислотой путем ее взаимодействия с 4-нитробромбензолом, в результате чего был получен нитротрифенил 4.
Н3С.
-N-
2а (2Ь) 3
Схема 3. Получение целевого соединения
В настоящее время нами исследуется возможность получения других полиарильных продуктов на основе предложенной синтетической последовательности.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ 14-50-00126.
Список литературы
1. H. Noguchi, K. Hojo, M. Suginome. Boron-Masking Strategy for the Selective Synthesis of Oligoarenes via Iterative Suzuki-Miyaura Coupling. // J.A.C.S., 2007, 758-759.
2. E. P. Gillis, M. D. Burke. A Simple and Modular Strategy for Small Molecule Synthesis: Iterative Suzuki-
Miyaura Coupling of B-Protected Haloboronic Acid Building Blocks. // J.A.C.S., 2007, 6716-6717.
3. J. Yan, S. Jin, B. Wang. A novel redox-sensitive protecting group for boronic acids, MPMP-diol. // Tetrahedron Lett., 2005, 8503-8505.
4. Sh. Kuno, T. Kimura, M. Yamaguchi. Scyllo-inositol as a convenient protecting group for aryl boronic acids in Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions. // Tetrahedron Lett., 2014, 720-724.
5. I. Golovanov, A. Sukhorukov, Yu. Nelyubina, Yu. Khomutova, S. Ioffe, V. Tartakovsky. Synthesis of B,O,N-Doped Adamantanes and Diamantanes by Condensation of Oximes with Boronic Acids. // J. Org. Chem., 2015, 6728-6736.
