镍催化，Science!

米测MeLab

2024-05-07

N-杂芳烃是药物、农用化学品和材料的关键元素。N-杂芳烃提供了构建这些必需分子的骨架，但由于小环中三键的张力，五元N-杂芳烃基本上难以实现，因此N-杂芳烃目前仍未得到充分利用。

基于有机金属化学基础的金属-配体相互作用原理，明尼苏达大学Courtney C. Roberts等人报告了镍配位球中五元N-杂芳烃的稳定性。合成了一系列1,2-双(二环己基膦)乙烷镍7-氮杂吲哚-2,3-炔配合物，并进行了晶体学和光谱表征。观察到镍 7-氮杂吲哚-2,3-yne络合物与多个亲核、亲电和亲烯偶联配偶体的两亲反应性。本工作表明五元 7-氮杂吲哚炔可以通过减轻与 Ni 结合的环张力来获得，因此其他五元N-杂环芳炔骨架也有很多可能性。计算模拟将有助于充分理解和扩大目前可用的 N-杂环芳烃的范围。这将提供一种通用合成方法，可以构建具有不同杂环核心的潜在生物活性分子库，这些研究将为合成界提供合成修饰杂环的新平台。    

作者以 7-氮杂吲哚为目标，利用市售芳基溴起始材料开发了一种制备 7-氮杂吲哚邻硼基芳基溴前体1a的一锅法路线。该路线涉及二异丙酰胺锂 (LDA) 促进的 2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2二氧硼杂硼烷的硼基化，避免了高度不稳定的硼酸的中间作用。化合物1a与Ni(COD)₂和两当量的PPh₃进行氧化加成，生成可分离的s-芳基络合物2a。随后，该PPh₃配合物2a与更具供体性的市售二齿膦配体 dcpe 进行配体交换，以生成所需的s-芳基配合物3a。随后，添加叔戊醇钾作为可溶性活化剂促进分子内金属转移，从而形成所需的 Ni 结合 7-氮杂吲哚啉络合物4a。该配合物通过 X 射线晶体学、¹H、¹³C{¹H}和³¹P{¹H} 核磁共振 (NMR)光谱以及紫外-可见 (UV-vis) 光谱进行了表征。    

图  芳炔的合成和可及性以及金属p配体的轨道相互作用

图  Ni配位7-氮杂吲哚啉的合成 

晶体学表征

为了证实金属结合的五元芳炔可以通过金属反键的应变消除来形成，作者将3a和4a的晶体结构与7-氮杂吲哚和7-氮杂吲哚炔的计算结构进行了比较，证明了4a的芳炔特征。

图  结构和光谱表征

光谱表征

作者通过³¹P{¹H} NMR光谱中的化学位移和耦合常数表明膦配体的贡献。两个芳炔碳的¹³C{¹H} NMR化学位移还表明这些五元N-杂环芳炔在电子学上与其他已知芳炔的不同之处。关于金属芳炔配合物的电子结构如何在紫外-可见光谱中表现，人们知之甚少。因此，作者将s-芳基配合物3a至3d的光谱与芳基配合物4a至4d进行比较，在所有光谱中均观察到基于配体的p-p跃迁，证实了五元杂芳烃的特征。    

图  芳基形成过程中金属交换步骤的研究

金属转移研究

作者通过³¹P{¹H}和¹¹B NMR光谱在2小时内监测反应，以在金属转移之前观察到醇盐激活的中间体5c。基于表征结果，作者提出了具有结合烷氧基5c的活化硼酸盐物种。Ni -结合的烷氧基可以交替作为频哪醇化物的一部分，导致结构的混合物和磷化氢转移到该位置的广泛的³¹P {¹H }共振。无论结合哪种氧，NMR谱表明在室温下存在活化的预转金属化络合物。

反应性

作者发现配合物4a在亲电子或亲核甲基化试剂存在下表现出两亲反应性。与亲核试剂的显着反应性保持了非金属结合芳炔的典型亲电子特征，但在金属结合芳炔中尚未得到充分研究。结果还表明，有可能根据偶联配偶体的亲和性优先获得任一位置异构体。作者还探索了其他类别的亲电子试剂，表明芳炔键的反供体限制了镍中心的轻易氧化。    

图  Ni结合7-氮杂吲哚啉的反应性

参考文献：

JENNA N. HUMKE, et al. Nickel binding enables isolation and reactivity of previously inaccessible 7-aza-2,3-indolynes. Science, 2024,384(6694):408-414.

DOI: 10.1126/science.adi1606

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi1606