Кобальтовый катализатор помог провести реакцию борилирования аренов

Химики из США синтезировали кобальтовый комплекс, который оказался селективным катализатором борилирования аренов. При этом реакция работала не хуже, чем на дорогих иридиевых катализаторах, а ее селективность можно было контролировать выбором борилирующего агента. Исследование опубликовано в Science.

В реакции борилирования аренов одна из связей углерод-водород ароматического кольца превращается в связь углерод-бор. Полученные таким образом борорганические соединения очень ценны в медицинской химии, так как из них по реакциям кросс-сочетания удобно получать библиотеки аналогичных соединений для тестирования на биологическую активность.

Самые распространенные катализаторы таких превращений — комплексы платинового металла иридия с бипиридиновыми лигандами. Селективность реакций на иридии в основном зависит от стерической обстановки в молекуле — связь углерод-бор образуется в месте, максимально удаленном от других заместителей в кольце. При этом если химик захочет ввести бор в более затрудненное положение, ему придется использовать направляющую группу или сложный лиганд для иридия. А если заместители в кольце очень маленькие — например, атомы фтора — провести реакцию селективно не удастся.

Проблему дороговизны иридиевых комплексов смогли решить химики под руководством Пола Чирика (Paul J. Chirik) из Принстонского университета. Они синтезировали комплекс кобальта с тридентатным лигандом с пиридиновым фрагментом в центре и двумя карбеновыми фрагментами по бокам. При растворении этого комплекса в бензоле химики наблюдали, что он быстро активирует связь углерод-водород в бензоле, и образует ковалентную σ-связь кобальт-арен. Тогда химики решили исследовать его активность в реакции борилирования аренов.

В результате ученые обнаружили, что борилирование в присутствии бис(пинаколато)дибора в качестве борилирующего агента на их катализаторе протекает селективно даже во фтор-замещенных аренах. При этом в большинстве случаев связь углерод-бор образовывалась в мета-положении по отношению к атому фтора. А если в исходном арене уже была связь углерод-бор, то борилирование шло в пара-положение.

Далее химики заметили, что если в качестве борилирующего агента использовать пинаколборан, то региоселективность реакции меняется, и в случае фтор-замещенных аренов образуются орто-замещенные продукты. Такое поведение реакции ученые смогли объяснить с помощью стехиометрических ЯМР-экспериментов со своим катализатором. Они показали, что при смешении 1,3-дифторбензола и их катализатора в растворе образуется мета-замещенный продукт внедрения кобальта в связь углерод-водород. При этом за 16 часов он полностью превращается в орто-замещенный продукт внедрения. Таким образом, мета-замещенный продукт образуется быстрее, но орто-замещенный — более устойчив. И если бис(пинаколато)дибор быстро перехватывал мета-замещенный комплекс и давал мета-замещенный продукт, то пинаколатоборан реагировал гораздо медленнее, и за это время комплекс успевал изомеризоваться — за счет этого образовывался продукт орто-внедрения.

Так химики разработали дешевый каталитический процесс борилирования аренов на кобальтовом катализаторе. При этом селективность реакции удалось контролировать просто выбором борилирующего агента, а не использованием других лигандов или направляющих групп.

Недавно мы рассказывали о том, как химики научились использовать классическое иридий-катализируемое борилирование для синтеза насыщенных борорганических соединений.