Protodeboronation of Heteroaromatic, Vinyl, and Cyclopropyl Boronic Acids: pH–Rate Profiles, Autocatalysis, and Disproportionation

化学 硼酸 歧化 自催化 硼烷 水溶液 位阻效应 路易斯酸 有机化学 药物化学 催化作用
作者
Paul Alan Cox,Andrew G. Leach,Andrew D. Campbell,Guy C. Lloyd‐Jones
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:138 (29): 9145-9157 被引量:295
标识
DOI:10.1021/jacs.6b03283
摘要

pH–rate profiles for aqueous–organic protodeboronation of 18 boronic acids, many widely viewed as unstable, have been studied by NMR and DFT. Rates were pH-dependent, and varied substantially between the boronic acids, with rate maxima that varied over 6 orders of magnitude. A mechanistic model containing five general pathways (k1–k5) has been developed, and together with input of [B]tot, KW, Ka, and KaH, the protodeboronation kinetics can be correlated as a function of pH (1–13) for all 18 species. Cyclopropyl and vinyl boronic acids undergo very slow protodeboronation, as do 3- and 4-pyridyl boronic acids (t0.5 > 1 week, pH 12, 70 °C). In contrast, 2-pyridyl and 5-thiazolyl boronic acids undergo rapid protodeboronation (t0.5 ≈ 25–50 s, pH 7, 70 °C), via fragmentation of zwitterionic intermediates. Lewis acid additives (e.g., Cu, Zn salts) can attenuate (2-pyridyl) or accelerate (5-thiazolyl and 5-pyrazolyl) fragmentation. Two additional processes compete when the boronic acid and the boronate are present in sufficient proportions (pH = pKa ± 1.6): (i) self-/autocatalysis and (ii) sequential disproportionations of boronic acid to borinic acid and borane.
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