Meta-Selective C-H functionalization of Arylsilanes using a Silicon Tether

Abstract

The C-H activation has been used for complex organic molecule synthesis for several decades. However, the ubiquity of C-H bonds in a molecule causes selectivity problems. Generally, selectivity was controlled by electronic natures, steric effects, and directing groups. Among them, covalently bound directing groups have been used for regioselective C-H functionalization. While proximal ortho-functionalization is well known, distal meta- or para-functionalization is more challenging. In addition, the installation and removal of the directing group require harsh conditions. To improve these problems, we paid attention to silicon. Silicon has been used in organic chemistry because of its unique characteristics: high structural stability, high silicon-oxygen/silicon-carbon bond dissociation energies, high affinity toward fluoride ions, and high freedom to modify. Using these properties, some research groups developed silicon-tethered regioselective C-H activations. However, to the best of our knowledge, examples of silicon being directly bonded to an arene for meta-selective C-H functionalization have not been reported yet Herein, we developed transition metal-catalyzed meta-selective C-H functionalization of arylsilanes using a silicon-tethered directing group. The silicon bridge makes the introduction and removal of directing group more facile. Our directing group delivers high meta-selectivity in diverse substrates such as bulky alkyl groups, electron-donating/withdrawing groups, and polyaromatics. Various electron-deficient olefins also afforded desired meta-olefinated products with high selectivities. In addition, further transformation provides 1,3,5-trisubstituted arene compounds efficiently.

본 논문은 유기합성에서 폭넓게 활용하는 C-H 결합의 선택적인 활성화에 관한 내용이다. C-H 결합 활성화는 복잡한 유기물 합성에 유용한 방법으로 활용되므로 수십년간 관련 연구가 진행되어왔다. 그러나 거리가 가까운 오쏘 위치의 활성화는 많이 알려진 반면, 메타나 파라 위치를 활성화하는 연구는 상대적으로 알려진 바가 적고, 지향기를 기질에 도입/제거하는 반응에 상대적으로 어려움이 있었다. 일부 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 실리콘에 주목했다. 실리콘은 Si-C/Si-O의 결합에너지가 높고 플루오린 이온과 친화력이 좋으며 쉽게 다른 작용기로 변형이 가능하다는 특징이 있다. 이러한 특징을 활용하여 실리콘을 기질과 지향기의 연결다리로 이용하여 위치선택적인 C-H 결합 활성화를 성공했다고 알려져 있다. 하지만 아직까지 실리콘 다리를 이용해서 알렌의 메타 C-H 결합을 선택적으로 활성화시키는 연구는 알려진 바가 없어 이에 관한 연구를 진행하였다. 우리의 방법은 다양한 기질에 대해서 우수한 메타 선택성을 보이며 심지어 더 많은 C-H 결합을 가지고 있는 나프틸과 바이알릴에 대해서도 상대적으로 높은 선택성을 가지는 것으로 확인되었다. 다른 EWG를 보유한 알켄에 대해서도 확인해본 결과 마찬가지로 높은 메타 선택성을 보였다. 실리콘의 추가 반응을 통해 수소, 실란올, 아이오딘, 알릴, 중수소, 알코올 등 다양한 작용기로 변환하여1,3,5-삼치환 아로마틱 화합물을 합성할 수 있었다.