【有机】JACS：2,2’-二吡啶芳基甲烷配体辅助铱催化的sp3 C-H键硼化反应

惰性C-H键的官能团化反应可以快速修饰大量化学原料来获得高附加值材料，因而该领域获得了大量的关注。C-H键硼化产物在有机合成中是一类十分有用的中间体。芳烃的硼化反应已经进行了深入研究，很多方法已经被报道。然而，铱催化的脂肪族底物sp³C-H键硼化反应则少有报道，主要存在以下问题：反应条件苛刻、催化需要在无溶剂条件下进行、双硼试剂转化不完全。

在烷烃硼化反应的限制条件中，需要在纯底物中进行催化反应限制了其实用性。虽然有一些报道铱催化的sp³硼化反应在稍过量烷烃或者限定量的烷烃中进行，但是这些反应通常依赖于活化的烷烃底物，包括苄基和环丙烷衍生物、烷基硅底物以及包含导向基的底物。当非活化烷烃底物过量较少时，硼化收率显著下降（Figure 1）。

近日，美国范德堡大学Nathan D. Schley教授课题组报道了铱催化的非活化烷烃sp³ C-H键硼化反应，该反应使用二吡啶芳基甲基作为配体，烷烃作为溶剂。相关成果近期发表于J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.0c00524）。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

作者选取二吡啶芳基甲烷类型就行配体考察，该类型骨架易于形成K³形式环金属化中间体，这一配位模式在钯和镍的复合物中已被观察到。这种配位模式类似于环戊烯基配体（Cp*），并且易于调节位阻和电性因素（Figure 3）。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

首先，作者以正辛烷为底物，[Ir(cod)OMe]₂为预催化剂，对配体类型进行了考察（Figure 2）。间位氟取代的L4作配体时，烷烃C-H键硼化收率显著提升。因此作者选取L4作为最佳配体，进行后续条件优化。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

作者在确定了最佳配体后，对催化剂种类进行了考察（Table 1）。[Rh(cod)OMe]₂不适用于该反应，[(Mes)Ir(Bpin)₃]作为预催化剂能够给出定量的收率。最终确定最佳反应条件为：L4作为配体，[(Mes)Ir(Bpin)₃]作为预催化剂，底物于120 ℃下反应24 h。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

随后，作者对底物范围进行了考察（Figure 4）。该催化体系能够兼容醚、三级胺和酯基，丁基乙基醚底物具有优秀的β-位选择性，而环戊基甲基醚和己酸甲酯的硼化选择在甲基位置。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

鉴于上述底物范围中二级烷烃或者支链烷烃的效果较差，作者对反应溶剂进行了优化，最终确定环己烷可以作为反应溶剂，并对底物范围进行了考察（Figure 5）。上述在无溶剂中顺利进行反应的底物，都能在环己烷溶剂中给出目标产物。另外，无溶剂体系中不能反应的酰胺和内酯底物，均在环己烷中顺利给出硼化产物。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

最后，作者对HBpin在反应中的作用进行了探究。结合Table 1中entry 11的条件考察结果以及硼谱监测结果（Figure 6），作者证明了HBpin在烷烃硼化反应中作为竞争性硼源。

（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）

小结：Nathan D. Schley课题组报道了铱催化的非活化烷烃的C-H键硼化反应，该反应使用二吡啶芳基甲烷作为配体，实现了无溶剂和环己烷体系中的硼化反应，这为合成烷基硼中间体提供了高效便捷的方法。