膦变价催化的还原C-N键偶联反应：硝基甲烷的N端利用

今天给大家推送的研究进展是发表在JACS上的工作，题为P(III)/P(V)-Catalyzed Methylamination of Arylboronic Acids and Esters: Reductive C−N Coupling with Nitromethane as a Methylamine Surrogate。在本次研究中，作者利用自行设计的带有环张力的膦催化剂，实现了硝基甲烷与芳基硼酸的C-N还原偶联反应。本文的通讯作者是来自美国麻省理工学院的Alexander T. Radosevich教授。

硝基甲烷是一种大宗型化工原料，一般用作反应溶剂，燃料添加剂等等。由于硝基这一吸电子基的存在，硝基甲烷一般作为一碳组分参与有机反应，是一种比较常见的亲核试剂。从方法学发展的角度，将硝基甲烷作为氮组分参与反应有着不同的化学意义。由于硝基中的氮原子处于氧化态，因此早期对于硝基的利用，一般是使用当量的硼试剂或者有机金属试剂将其还原。考虑到官能团的耐受性问题，结合作者前期膦催化剂的工作（图 1），作者设计了新的催化循环（图 2），在较为温和的条件下将硝基还原，并实现C-N偶联反应的设计。

图 1 早期膦催化剂对烯丙基溴的还原工作

作者前期的工作是使用了带有环张力的四元环膦催化剂。其设计的核心思想，是通过环的束缚，改变了膦催化剂的电子结构，降低了催化剂的LUMO轨道，同时提高了HOMO轨道，使得膦催化剂具有了两亲性：即好的亲核性和好的亲电性。同时，在四元环中引入取代基，环构象的改变会更为容易，使得从五价膦向三价膦转变时，过渡态所需构象变化的能垒降低，因此反应更容易进行。早期工作是实现了烯丙基溴的还原，同时发生双键移位。其反应机理为，首先膦上的孤对电子，发生SN2反应，生成P+物种，随后体系中的H-给体与P+反应，生成含有5个σ键的膦中间体，此时P的价态为5价。最后，H与双键以类似还原消除的方式，生成目标产物，同时P的氧化态回到三价。

图 2作者设计的硝基甲烷还原反应

在本次工作中，作者使用了相同的催化剂来完成反应设计。与之前使用Al-H这种强还原剂不同，作者初步尝试的条件是使用苯基硅烷这一温和的还原剂，在经过简单的条件筛选以后，最优条件予以确认。随后作者进行了相应的底物拓展（图 3），该反应能够兼容很多不同的芳基硼酸，且同位素标记实验证实了的确是硝基甲烷的N参与到了反应当中。具体的扩展部分笔者不再赘述，读者自行阅读。反应机理与前期工作类似。