通讯单位：University of Chicago, University of Pittsburgh

DOI: 10.1126/science.abg5526

背景介绍

醚键通常存在于原料和精细化学品中。特别地，环醚广泛存在于一系列重要的生物分子中，包括药物、农药和天然产物。此外，醚类化合物由于对酸、碱、还原剂和氧化剂具有很高的化学稳定性，在有机合成中常起到有效的结构连接剂和保护基的作用。因此，直接编辑醚部分的温和方法，即替换氧或将中间原子插入C−O键中，对于方便地将新官能团引入现有分子骨架具有重要的战略意义。

本文亮点

● 本文报道了二溴硼烷在镍催化剂和锌还原剂存在下与烷基醚的反应，实现将硼插入C-O键。

● 随后的反应可以影响氧氮取代或一碳同系物的环醚和更广泛地简化生物活性化合物的制备。

● 机理表明该反应通过锌/镍串联催化裂解然后rebound的途径。

图文解析

乙醚部分普遍存在于原料和精细化学品中。特别是环醚，广泛存在于一系列重要的生物分子中，包括药物、农药和天然产品(图1A)。尽管通过氧化加成将低价过渡金属插入碳氧键中已成为一种构建碳碳键温和而有效的的方法(图1B)，但其范围主要限于sp2或苯基和烯丙基碳氧键。卡宾插入C(sp3)-O键是形成C(sp3)-C(sp3)键的更直接的策略，但通常需要环张力大的环醚，如氧杂烷或烯丙基醚(图1C)。环醚的直接硼插入产物已在药物开发和生物医学材料合成中建立了效用(图1D)。本工作使用温和和直接硼插入方法将硼插入C-O键(图1E)。

▲图1 醚键的功能化

随后探索了乙醚的硼插入反应醚的范围（图2）。一系列取代的2，3-二氢苯并呋喃与MesBBr2反应顺利，得到了理想的硼插入产物，产率很高。

▲图2 镍催化环醚的硼化反应

从合成效用的角度来看，产品中的B-Mes键很容易通过水解得到相应的羟基硼酸酯产物(如5a)，该产物在空气中更稳定(图3A)。如预期的那样，插入产物中的硼部分可以很方便地转化成其他各种官能团(图3B)。此外，使用体积较小的PhBBr2作为硼插入试剂，可以方便地实现O-to-N编辑策略(图3C)。这种方法还可以实现高效的碳环的扩张(图3D)。

▲图3 合成精化

为了了解反应机理，进行了对照实验(图4)。在没有Ni和Zn催化剂的情况下，MesBBr2与底物1a在标准条件下不发生反应；然而，当催化量为ZnBr2时，开环产物4a的产率为89%(图4A)。烷基在偶联反应中的性质和镍催化剂的作用是理解后续C-B键形成步骤的关键。首先，使用环丙基取代醚作为底物只能得到开环产物(3as)，这表明可能存在自由基中间体(图4B)。此外，观察到含有最初富集至98%ee的a-立体中心的底物（S-1z）在oxaborinane和醇产物中完全外消旋（图4C）。为了加深对反应机理的理解，以环醚1a为模型，采用密度泛函理论(DFT)进行了计算。计算得出的最有利路径支持了Zn/Ni串联催化的解理-再反弹机制(图4D)。

▲图4 反应机理

原文链接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6538/175

作者介绍

董广彬

董广彬，本科毕业于北京大学，博士毕业于斯坦福大学，现为芝加哥大学教授。专长于有机合成，催化，有机金属和药物化学领域。

研究领域：

1) C–C Bond Activation. Our long-term goal is to greatly extend the regime of C−C activation to a wide range of organic compounds and enable synthetically useful transformations.

2) Byproduct-Free Ketone Alkylation.

3) Non-Directed β-Functionalization of Carbonyl Compounds.

4) Exo-type Directing Group for Site-selective C−H Activation.

5) Palladium/Norbornene Catalysis.

6) Total Synthesis and Drug Discovery.

7) Polymer Chemistry.

主页：

https://voices.uchicago.edu/donggroup/

刘鹏

刘鹏，本科毕业于北京大学，硕士毕业于加拿大圭尔夫大学，博士毕业于UCLA，现为匹兹堡大学副教授。刘鹏课题组使用计算工具来研究有机和有机金属反应。研究反应的发生方式，控制速率和选择性的因素，并提供理论见解，以帮助开发改进催化剂和试剂。

主页：

http://www.pitt.edu/~pengliu/返回搜狐，查看更多