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)或烯烴產物產率良好。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課題組研究發現，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，具有更加優良的產率及官能團兼容性[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計及天然產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，直至反應結束。反應結束后，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晶進行純化，獲得最終目標產物。

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.)及適量環己烷。將上述反應混合物在100-105oC下加熱，直至反應結束。反應結束后，將反應液加入適量水進行稀釋，再加入環己烷進行萃取。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，獲得最終目標產物。

LiAlH4參與的Caglioti反應

在0oC，氮氣氣氛下，向對甲苯磺酰腙底物 (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，直至反應結束。反應結束后，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)，獲得最終目標產物。

兒茶酚硼烷參與的Caglioti反應

在0 ℃，氮氣氣氛下，用注射器向對甲苯磺酰腙底物 (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，直至反應結束。反應結束后，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.