摘要: 本文报告了C-O键的催化还原和带有X型PAlP钳位配体的铑络合物的硼化反应。我们已经基于反应中间体和氘标记实验的表征揭示了反应机理。值得注意的是，这种新型催化体系显示出与传统镍基催化剂不同的空间位阻依赖性化学选择性，并提出了通过异双金属催化选择性C-O键活化的新策略。

苯酚和芳基醚部分是木质素和其他相关生物质等自然资源中普遍存在的结构基序(图1)，通过C(sp²)–O键活化使其功能化将使其成为有吸引力的化学原料。在这种情况下，各种C(sp²)–O键的转化已被开发。其中，芳基甲醚中本质上反应性较低的C(sp²)–OMe键的功能化尤其具有吸引力，芳基甲醚广泛存在于木质素等多种产品中。此外，控制C–O键断裂过程中的化学选择性对于从含有多个C–O键的化合物开始获得各种芳香族产品至关重要。

自Wenkert的开创性工作以来，已经发现了C(sp²)-OMe键的各种转变，如脱氧氢化、硼酰化、Suzuki–Miyaura型交叉偶联和Kumada–Tamao–Corriu型交叉偶联，其中大部分是由镍催化剂促进的(方案1a)。然而，由于热力学稳定的C(sp²)–OMe键反应性差，与亲核试剂如H₂、氢硅烷或二硼烷的反应通常受到底物范围的限制；例如，单环苯甲醚衍生物，特别是富含电子的衍生物，反应较差。克服这一限制通常需要苛刻的反应条件和/或更多亲核试剂，如ⁱPr₂NBH₂。此外，C-OMe键的化学选择性激活仍然是一个挑战。Hartwig报告了一项开创性的研究，其中通过木质素模型的氢解来评估芳基和苄基醚中C–O键的相对反应性。然而，表现出不同于这种方法的选择性的例子仍然难以捉摸。在这方面，开发一种用于化学选择性切割C–OMe键的差异策略是非常需要的。

为了解决上述与C–O键功能化相关的挑战，我们设想使用带有X型铝酰配体的Rh络合物，这是我们小组最近开发的。对先前报道的Ar–F键氧化镁的实验和理论研究表明，这些Rh–Al络合物对Ar–F键的活化可能通过Lewis碱性F原子与Lewis酸性铝中心的配位以协同方式进行。我们认为C(sp²)–OMe键也可以与Al中心配位，从而使非活性C(sp²)–OMe键断裂。此外，Rh-Al催化的C(sp²)-OMe官能化的位置选择性可以基于反应速率来控制，反应速率取决于O原子的相对配位能力，该配位能力由空间位阻调节，除了电子特征之外，最终实现不同于传统镍基催化剂的化学选择性方法(方案1b)。

本文报道了Rh配合物与X型PAlP-pincer配体催化的各种苯甲醚衍生物C-O键的还原和硼酰化反应。我们证明了Rh-Al催化剂只激活空间上不太密集的C-O键，从而在C(sp²)-OMe键的功能化过程中产生了前所未有的化学选择性。

我们首先研究了4-甲氧基联苯(1a)与氢硅烷的还原反应，使用4作为催化剂(方案2)。通过对反应条件的优化，我们发现反应在80-120℃进行得很顺利°C)当使用氢硅烷2a时，以良好产率得到联苯(3a)。然后我们研究了底物范围。3-甲氧基联苯(1b)也以良好的产率提供联苯，而2-甲氧基联苯(1c)仅以较低的产率提供产物，即使在150°C。这些结果表明，C(sp²)–O键附近的大量取代基会阻碍Rh–Al催化剂的使用，导致反应效率低下。4-丁氧基联苯(1d)也参与还原反应，以87%的产率得到相应的产物。缺电子4-(2-吡啶基)-苯甲醚(1e)也适用于还原反应。本文指出，在镍催化条件下反应性较低的富电子单环茴香醚衍生物1f和1g的还原裂解反应良好，能较好地提供相应的产物。人们可以想象，甲氧基更高的路易斯碱度可以提高反应性，因为它在C–O活化步骤(见下文)与铝中心的配位合理，但这不太可能，根据一项有利于1e反应而非1g反应的竞争实验(详情见SI)。不同的官能团如冰片基、硅基、氨基和TBS保护的羟基在1h-1k内与这些反应条件相容。还原还可以应用于萘和吡啶底物1l和1m的C(sp²)–OMe键，得到产率较高的相应产物。烯基甲醚1n以67%的产率提供环辛烯，特别是没有烯烃部分的硅氢加成。

为了进一步扩大这种杂双金属催化剂在C(sp²)–O键功能化中的应用，我们研究了苯甲醚衍生物与B₂pin₂(4,4,4′，4′，5,5,5′，5′-八甲基-2,2′-双-1,3,2-二氧硼杂环戊烷)的硼酰化反应，得到硼酰化芳烃，可转化为多种有价值的取代芳烃(方案3)。在3,3-二甲基-1-烯作为HB(pin)的清除剂的条件下，4-甲氧基联苯经硼氢化反应生成硼酰化产物6a，产率为95%。缺电子吡啶基底物也适用于该反应。此外，在先前报道的C–O硼酰化反应中，富含电子的4-吗啉甲硝唑作为一种较差的底物，以74%的产率得到6c。这里应该注意的是，2-(2,4-二甲氧基苯基)吡啶的硼酰化以化学选择性的方式覆盖2-吡啶基导向基团以仅产生C4硼酰化产物6d。下面将更详细地讨论与当前铑铝催化相关的化学选择性。

基于我们先前对C–F键氧化镁化的理论计算，C–O键还原的合理催化循环如图4所示。苯甲醚与Rh原子的配位ηOMe部分与铝中心相互作用前的2-部分。铑原子和铝原子协同激活C–O键，生成Al^III(μ-OMe)Rh^IPh中间体8。然后8与氢硅烷反应得到芳烃和MeO–SiMe(OSiMe₃)₂以完成催化循环。

为了进一步了解反应机理，我们试图确定任何潜在的反应中间体。为此，我们研究了Z型PAlP–Rh络合物9在KC8存在下与苯甲醚的反应(方案5a)，该络合物作为4，(57)的合成前体。反应得到配合物8，并用NMR和X射线衍射对其进行了表征。当4与苯甲醚反应时，在HSiMe(OSiMe₃)₂存在下也观察到8。8的晶体结构表明，Al^III含有OMe部分，与Rh^I(Al–O 1.7452(17))配位Å; 右侧-O 2.3501(17)Å), Rh^I中心也有Ph群。室温下C–O键的激活与镍配合物所需的条件形成鲜明对比−56)在应用的催化反应条件下，8作为催化剂使C–O键还原1a得到90%产率的3a，这与使用4作为催化剂得到的结果相当。还检测到来自8和氢硅烷的苯(方案5b)。我们进一步证实了在室温下用2b-d1在四氢呋喃中处理后从8形成苯-d1(方案5c)，而通过³¹P NMR光谱观察到的可能的反应中间体由于其不稳定性而不能表征。此外，在催化反应条件下，反应混合物的³¹P-NMR谱支持了8的存在，同时也检测到了其他许多物种。因此，可以断定8是该反应的中间体。

为了揭示芳烃产品中氢化物的来源，我们进行了氘标记实验。镍催化还原C–O键的相关机理研究提出了两种可能的氢化物来源，即OMe部分通过氧化生成的氢化物β-氢化物消除，或直接由氢硅烷生成的氢化物。如方案6a所示，当使用1a-d3时，在由此获得的3a的任何位置均未观察到氘掺入。相反，1g与DSiMePh₂的反应提供氘化芳烃3g-d1，尽管氘的掺入量很低(48%D)(方案6b)。低氘比可能归因于DSiMePh₂的分子内氘加扰和苯的分子间氘加扰。根据这些实验结果，得出氢化物很可能来自氢硅烷的结论似乎是可行的，而β-在这个系统中，可以排除从MeO基团中释放氢化物的氢化物消除。

实验支持的机制，特别是C-O键的协同活化，促使我们证明了一个由空间效应控制的位选择性C-O键活化。我们期望我们的Rh-Al催化剂能够在空间阻的基础上区分烷氧基，因为我们的反应的关键步骤可能伴随着底物中的O原子在C-O键活化之前与Al中心的配位。基于这一工作假设，我们研究了具有多个C-O键的基底的反应性(方案7)。为了比较站点选择性，还将镍催化条件作为控制实验进行检查(详细信息请参阅SI)。当使用2-(2,4-二甲氧基苯基)吡啶(1o)，其中2-吡啶基可能作为典型的导向基团时，Rh–Al络合物4会替代2-吡啶基方向，并优先减少阻碍较小的C(4)-OMe键，如Borgylization(方案3)所预期的那样；相反，在镍催化条件下，还原优先发生在C(2)–OMe键(式1)。在C(2)–O键附近的2-吡啶基与配体中的PⁱP₂基团之间的空间排斥可能会阻碍2-MeO配位朝向Al中心，从而有利于C(4)–O键的活化(方案7a)。在1p的o位甲基也观察到类似的空间效应，以96%的产率获得3pa；相反，在Ni催化条件下，选择性和反应性较低(式2)。苄基联苯醚(1q)的还原仅在Ar-O键上进行，产率为91%，而在Ni催化条件下，Bn-O键优先活化，以优异的产率生成4-苯基苯酚(式3)。相对配体Me基团的空间阻阻，Rh-Al配合物激活Ar-O键的明显位点选择性可以合理化，而对于Ar-O活化，这比双金属中心Bn–O活化小(方案7b)。以类似的方式，4通过C-OMe键的独家激活，容易区分1r中的OMe和OBu组，以提供3ra，而Ni系统提供了3ra和3rb的几乎1:1混合物(式4)。3ra产率较低的原因是1r在甲苯中的溶解度较低，而延长反应时间可以提高3ra的产率，同时得到了较高的3rc。这些结果清楚地表明，通过基底中氧原子的合理配位，杂双金属Rh-Al体系协同活化C-O键，具有与传统Ni催化体系基本不同的选择性。

总之，本文开发了一种利用带有X型铝酰配体的Rh络合物进行C(sp²)–O键的协同还原和硼酰化的方法。值得注意的是，我们的系统表现出空间位阻依赖的位置选择性，这与迄今为止报道的镍基催化剂系统不同，镍基催化剂系统的底物带有多个C–O键。

Selective C–O Bond Reduction and Borylation of Aryl Ethers Catalyzed by a Rhodium–Aluminum Heterobimetallic Complex

Rin Seki, Naofumi Hara, Teruhiko Saito, and Yoshiaki Nakao*

DOI: 10.1021/jacs.1c03038