有机金属钴硫族碳硼烷化合物与丙炔酸甲酯和Bronsted酸的反应性研究

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Cp、tBu2Cp、Me5Cp或中性的6电子水芹烯环(p-cymene)和[E2C2(B10H10)]2-(E=S,Se)配体可同时与金属Co,Rh,Ir,Ru或Os配位形成一类16电子半夹心式化合物Cp#M(E2C2B10H10)(Cp#=Cp,tBu2Cp,Me5Cp;M=Co,Rh,Ir;E=S,Se)或(p-cymene)M(S2C2B10H10)(M=Ru,Os)。这类化合物的缺电子性使得其与很多不同的试剂都有反应性,比如可构建单核或多核的金属簇结构,与Lewis碱反应生成配位和电子都饱和的化合物,以及和炔烃或重氮化合物反应生成碳硼烷硼笼选择性B-H键活化和功能化的产物。  16电子半夹心式化合物的反应性很大程度上受到金属中心、氧族元素和不同试剂的影响。其中含Co金属中心的物种较其同族的Rh和Ir更活泼,含有S的16电子化合物较相同的含Se化合物更为活泼,而且16电子化合物更容易和缺电子的炔烃发生反应。对于含有不同茂环的16电子化合物反应的研究相对较少。其中,CpCo(S2C2B10H10)和丙炔酸甲酯的反应中,B(3,6)二取代的化合物A为主要产物,而(Me5Cp)Co(S2C2B10H10)和丙炔酸甲酯的反应中却是以炔烃聚合在Co-S键上的化合物C-F为主要产物。这种差别显然是由于Cp和Me5Cp的不同体积所引起的。  16电子半夹心化合物MeCpCo(S2C2B10H10)和HC=CO2Me在室温下反应可生成 MeCpCo(S2C2B10H9)(CH=CHCO2Me)(2), MeCpCo(S2C2B10H8)(CH=CHCO2Me)2(3), MeCpCo(S2C2B10H9)(MeO2CC=CHMeO2CC=CH)(CH=CHCO2Me)(4)和MeCpCo(S2C2B10H9)(CH2CCO2Me)(5)。Me4CpCo(S2C2B10H10)和丙炔酸甲酯反应生成Me4CpCo(S2C2B10H10)(MeO2 CC=CHMeO2 CC=CH)(6)和Me4CpCo(S2C2B10H9)(CH2CCO2Me)(7)。2和3都是16电子物种,其中2为硼笼单取代、3为硼笼双取代产物。4和6都是含有炔烃双分子偶联插入Co-S键部分的18电子物种,同时4中还含有硼笼单取代单元。5和7是含有B-CH2单元的18电子物种。Cp#Co(E2C2B10H10)和L1或L2的反应分别生成Co[(CH3)2CHCS2]3(8)或Co[(CH2)4NCS2]3(9)。Cp#Co(E2C2B10H10)、丙炔酸甲酯和L1或L2的三元反应(1h短反应)生成了新产物:Cp#Co[S2C2B10H10(CH=CHCO2Me)][S2CCH(CH3)2][Cp#=Cp(10a), MeCp(10b)和 Me4Cp(10c)],[S2CCH(CH3)2]2Co(S2C2B10H10)(CH=CCO2Me){CpCo[S2CCH(CH3)2]}(11a), Cp#Co[S2C2B10H10(CH=CHCO2Me)][S2CN(CH2)4][Cp#=Cp(12a), MeCp(12b)和Me4Cp(12c)]。10a-10c和12a-12c分子中都含有一个小分子配体和一分子被还原的炔烃。11a分子中则含有由一分子被还原炔烃桥联的两个18电子Co中心。  16电子化合物Cp#Co(S2C2B10H10)(Cp#=Cp,1a; MeCp,1b; Me4Cp,1c;Me5Cp,1d)与丙炔酸甲酯的反应,结果表明1a-1d中的茂配体体积对反应产物的种类有显著影响。其中较小位阻的1a和1b趋向生成在碳硼烷上发生B取代的产物,而较大位阻的1c和1d趋向生成在M-S键上二聚的产物。在二硫代羧酸L1或L2存在时,反应生成包含与硫相连的还原的炔烃和螯合配位的二硫配体的三元产物。1a-1d的活性随着茂配体的体积增大而降低,由于1d对炔烃和二硫代羧酸反应性的巨大差别,在1d的反应中甚至没有三元产物获得。  另外,由于联合催化体系可能会产生每个单独的催化体系(过渡金属催化或有机小分子催化)所不能得到的新颖的结果,目前通过联合有机小分子催化和过渡金属催化体系作为新的策略来发展新的有价值的反应已经受到广泛的关注。我们研究将有机小分子引入到含有Co中心的16电子化合物和丙炔酸甲酯的反应体系,而且生成了一种新型的Cp-carborane通过C-B键偶联的产物。由于对于1a和丙炔酸甲酯或1a和L1等的反应已经进行了深入的研究,所以可以确定在本反应体系中Bronsted酸起到了重要的作用,作为有机小分子催化剂辅助诱导了Cp基团和o-carborane通过C-B键的偶联,而且Bronsted酸上的氢原子也是至关重要的。通过Co中心诱导和有机小分子催化相结合的方法,我们发现了一种方便的Cp和o-carborane通过B-C键偶联的路径。反应是在室温条件下,一锅法实现了B-H和C-H键的共活化,反应重现性好。这种过渡金属催化和有机小分子催化的结合发展了对一种碳硼烷的硼功能化的新方法。
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