导读
官能团转化是有机合成中的重要策略，用于制备新化合物或衍生物。传统方法主要依赖于在原始位点转化已安装的取代基，而远程官能团化则允许在远离初始反应位点的位置引入新的官能团。其中一种远程官能团化的方法是“Chain-Walking (链行走)”，通过金属氢化物键对烯烃的插入和β-氢消除实现双键的迁移。过渡金属催化剂在此过程中起着关键作用，但其高成本、稀缺性以及与某些官能团的不兼容性促使对无金属替代品的探索。鉴于此，香港科技大学化学系林振阳课题组和全杨健课题组提出了利用三配位硼正离子进行区域选择性远程硼基化，称为“硼行走”，实现了烯烃的区域选择性远程硼化。这一新策略显示了硼在促进远程硼化方面的潜力，并对某些官能团表现出良好的耐受性，拓展了硼催化化学的应用方向。
正文
图1. 硼正离子催化“硼行走”反应实现远端硼基化
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
实验结果表明，硼正离子催化剂的反应性对迁移效率和选择性至关重要。经过筛选，作者最终选择使用吡啶配位硼正离子以及Tf2N-抗衡阴离子作为硼正离子催化剂。
作者进一步研究了远程硼基化的底物适用范围。研究表明位阻效应对迁移的选择性起到了决定性作用，当碳链的末端被大位阻烷基基团取代时，硼基团优先以优异的区域选择性迁移到苯基的苄位。多种芳基取代基（如烷基、卤素、酯等）均表现出良好的兼容性，且未观察到明显的电子或空间效应（图2）。
图2. 底物耐受性考查
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
通过合成化合物62（1.16克规模）展示出了该方法的可扩展性，单晶结构验证了硼化位点。62中的NHC-BH2基团可转化为多种官能团，展示了合成潜力。作者还利用“硼行走”策略合成了一系列1，n-硼基硅基化合物。通过碳-硼（C-B）键以及碳-硅（C-Si）键的转化，轻松引入芳基、羟基、氨基等一系列官能团，并且利用该策略合成了潜在药物Dapoxetine。该策略有望简化药物发现过程，并调节双官能团间的距离 （图 3）。
图3. “硼行走”策略潜在合成应用
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
最后，作者通过一系列机理实验探究了“硼行走”反应的机理。作者利用11B NMR监测远程硼化过程中硼的迁移路径，观察到硼基在C1-C4位置的区域异构体，经过48小时，C1位置的异构体成为主要产物，区域选择性超过95%。与金属催化的远程官能团化不同，该反应中优先形成硼化异构体而非烯烃异构体，并且DFT计算支持了硼的迁移机制。研究还通过氘代实验可视化了迁移路径，不同位置的氘标记比率表明反应中存在H/D交换。进一步的DFT计算揭示了“硼步行”过程的能量剖面，反应需要110°C的温度，以克服从稳定状态转变为活性中间体的能量障碍。最终，作者提出了一种通用的反应机制，描述了在碳链上进行“硼行走”的过程，通过重复的B-H插入和β-氢消除实现硼正离子催化的烯烃远程硼基化 （图 4）。
图4. “硼行走”反应机理探索
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
小结
作者开发了一种通过“硼行走”策略实现的硼正离子催化的烯烃远程硼基化反应。对这一“硼行走”现象的深入探索揭示了其迁移特性和机制。该策略展示了其在合成化学中的应用，突显出了与多种底物的良好兼容性和产品分离的简便性。这一策略不仅扩展了远程官能团化的底物耐受性范围，还在远端硅基-硼基化反应中实现了与过渡金属催化相反的区域选择性。此外，新的“远程硼基化后官能团化”策略可能对硼正离子催化和无金属远程官能团化产生更广泛的影响。
上述研究工作在Journal of the American Chemical Society上在线发表。香港科技大学化学系2023级博士生朱正为第一作者，香港科技大学化学系林振阳教授和全杨健教授为通讯作者，香港科技大学为唯一通讯单位。该工作得到香港科技大学启动资金、香港研究资助局早期职业计划、国家自然科学基金青年学者基金以及香港研究资助局的一般研究基金的支持。感谢吕海荣教授和黄重行教授的深刻讨论。特此献给谢作伟教授，以庆祝他的60岁生日。
作者简介
全杨健，香港科技大学大学化学学院助理教授，博士生导师。2011年本科毕业于南京大学匡亚明学院，2015年在香港中文大学化学系获得博士学位，导师谢作伟院士。毕业后被破格聘为化学系研究助理教授（2015-2019）。之后在芝加哥大学化学系林文斌教授课题组从事博士后研究两年。作为第一作者或通讯作者发表研究论文数十篇（包括13篇JACS、3篇Angew. Chem.）。现于香港科技大学担任助理教授，课题组致力于交叉学科的研究，其中包括硼化学、多孔网状材料（MOF&COF）、金属有机化学、有机方法学、光电催化等。课题组正在招聘博士后研究员及博士研究生，欢迎有兴趣的同学联系咨询。
课题组网站：https://www.boroncatal.com
文献详情：
Borenium Catalyzed “Boron Walking” for Remote Site-Selective Hydroboration
Zheng Zhu, Wing Chun Chan, Bin Gao, Guanwen Hu, Peiqi Zhang, Yiyi Fu, Kit San Ly, Zhenyang Lin, and Yangjian Quan
J. Am. Chem. Soc.2024.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c13726
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