Science Advances: 光加速的NHC催化1, 2-硼迁移酰化反应
有机硼化合物在化学、材料学、能源研究和药物化学等领域中应用广泛。作为关键合成切块，有机硼化物在各种交叉偶联反应中发挥着重要作用。近年来，硼原子保留的有机反应受到了广泛关注，其中硼迁移策略是一种获取保留硼化合物的便捷方法。目前，虽然关于1, 2-硼迁移的报道很多，但自由基诱导的1, 2-硼迁移研究相对较少，且主要以自由基加成和单电子氧化两种策略实现自由基诱导的1, 2-硼迁移，因而限制了该领域的发展。
最近，成都大学李俊龙教授团队和成都中医药大学韩波教授团队合作，提出了一种创新的光促进NHC催化自由基诱导的1, 2-硼迁移酰化反应。
并发表于
Science Advances
上。
“N-Heterocyclic carbene catalytic 1,2- boron migrative acylation accelerated by photocatalysis.
Hua Huang, Zhao-Yuan Yu, Lu- Yao Han, Yi-Qi Wu, Lu Jiang, Qing- Zhu Li, Wei Huang, Bo Han*, Jun- Long Li*
Sci. Adv.
2024
,
10
,
eadn
8401
. Doi: 10.1126/sciadv.adn8401”
有机硼化合物在化学、材料学、能源研究和药物化学等领域中应用广泛。作为关键合成切块，有机硼化物在各种交叉偶联反应中发挥着重要作用。此外，C-B键可以通过氧化或质子化生成相应的醇类和烃类化合物。尽管这些方法扩展了有机硼化学的应用范围，但它们主要集中在硼的多样性官能团化上。近年来，硼原子保留的有机反应受到了广泛关注，其中硼迁移策略是一种获取保留硼化合物的便捷方法。目前，虽然关于1, 2-硼迁移的报道很多，但自由基诱导的1, 2-硼迁移研究相对较少，且主要以自由基加成和单电子氧化两种策略实现自由基诱导的1, 2-硼迁移，因而限制了该领域的发展。
最近，成都大学李俊龙教授团队和成都中医药大学韩波教授团队合作，提出了一种创新的光促进NHC催化自由基诱导的1,2-硼迁移酰化反应。
近年来，NHC催化的自由基反应取得了显著进展，该研究团队一直致力于NHC有机小分子催化的自由基反应研究（
Nat. Catal.
2024
, doi: 10.1038/s41929-024-01194-5;
Angew. Chem. Int. Ed.
2022
,
61
, e202116629;
Angew. Chem. Int. Ed.
2022
,
61
, e202207824;
Angew. Chem. Int. Ed.
2020
,
59
, 1863-1870;
Chem. Sci.
2022
,
13
, 2584-2590;
ACS Catal.
2024
,
14
, 3181-3190.）。尽管NHC催化的自由基反应与氢原子迁移（HAT）策略的结合，已经成为开发具有挑战性化学反应的有力工具。然而除氢原子外，目前尚无关于NHC催化介导的其他杂原子基团迁移的报道。本项研究通过新开发的具有缺电子离去基团的β-硼酸酯底物，经“单电子还原策略”生成关键的β-硼自由基中间体，随后通过1, 2-硼迁移、自由基偶联生成一系列β-酰基硼化物。该催化策略同样适用于药物分子和活性产物的后期修饰。通过一系列机理实验和密度泛函理论（DFT）计算，研究了反应的初步机理
Fig. 1 Backgrounds of this study and research motivation.
该团队首先以对溴苯甲醛
1a
和β-硼基-N-羟基邻苯二甲酰亚胺（NHPI）酯
2
为模型底物，通过条件筛选结果表明：以
1a
和TCNHPI酯
2b
为底物，
PC1
为光催化剂，
N1
为氮杂环卡宾催化剂，Cs
2
CO
3
为碱，二氯甲烷/四氢呋喃（4:1）为溶剂，能够以73%的产率得到1, 2-硼迁移酰基化产物
3a
。
Table 1. Optimization studies.
* Isolated yield of
3a
. † DCM/THF = 1/1. ‡ DCM/THF = 3/2.
||
DCM/THF = 4/1. THF: tetrahydrofuran; DCM: dichloromethane; DBU: 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene.
在最优条件下，作者对反应的普适性进行了考察。对于醛类底物，带有吸电子或供电子取代基的对位和间位苯甲醛都能与该催化体系兼容；邻位取代的苯甲醛反应也能顺利进行；双取代芳醛、稠环芳醛和各种杂芳香醛同样适用该催化体系。以脂肪醛为底物时，反应也能顺利进行。对于β-硼基TCNHPI酯类底物，芳环的对位、间位或邻位引入富电子或缺电子取代基时，该催化体系均能兼容；非苄基的TCNHPI酯底物也能顺利参与反应。其他硼源（如：Bhex、Bnep、Boct）作为1, 2-硼迁移的基团时，同样能够得到目标产物。
Fig. 2 Substrate scope for the catalytic reactions.
该催化体系反应条件温和，可用于多种药物骨架和生物活性分子的后期官能化。例如，非甾体类抗炎药二氟尼柳（Diflunisal）、托麦汀（Tolmetin）和萘普生（Naproxen）、降脂类药物环丙贝特（Ciprofibrate）、以及生物活性分子香叶醇（Geraniol）、紫檀芪（Pterostilbene）、姜酮（Zingerone）等。
