Nature南京大學報道史壯志團隊在碳氫硼化領域進展

　　碳氫鍵是有機分子中最基本、最普遍的化學鍵。如何對惰性的碳氫鍵進行高效地轉化，是有機化學的前沿熱門領域。由于復雜的有機分子中通常含有多個不同類型的碳氫鍵，如何精準地活化某一個特定位置是該領域的難點。目前最有效的策略是利用導向基團與金屬配位來實現。從早期利用鋰試劑進行鄰位鋰化，到現在廣泛使用的過渡金屬參與的導向金屬化，金屬與碳氫活化一直是緊密相連的。然而，這些方法通常使用貴金屬作為催化劑，造成生產成本上升、產物中重金屬殘留等問題，這些在藥物合成中尤為突出。因此，開發無金屬參與的導向碳氫活化反應顯得十分重要。

　　南京大學化學化工學院史壯志教授課題組在非傳統反應位點精準官能團化領域已經取得一系列成果（圖1）。1）利用過渡金屬催化實現吲哚4-7號位精準的碳氫芳基化、烷基化、烯基化、酰基化，打破吲哚官能團化優先發生在2,3號位的規律；2）發展了一系列非傳統反應位點的精準硼化反應。硼酸酯類化合物在材料、藥物以及化工合成中均有廣泛的應用。基于硼化學的多樣性，實現了對碳氫、碳氟、碳氮和碳碳鍵等進行精準切斷、硼化，得到高值的有機硼產物，為碳硼鍵的構建提供了新的思路。

圖1. 課題組研究基礎

　　在吲哚苯環區域實現精準的碳氫硼化是一個非常重要，且極具挑戰的研究課題。近期，該團隊發現了一類無金屬參與的精準碳氫硼化方式。硼作為一種非金屬原子，有部分金屬特性。利用硼原子的金屬特性與導向基團配位，可以在無需金屬參與的情況下實現碳氫活化、硼化反應。其開發的方法是利用非常廉價、易得的三溴化硼作為硼源，與酰基配位發生碳氫活化，再經過后續處理，高產率、高效率的得到各類硼酸酯。在吲哚氮原子上安裝叔丁酰基，可在吲哚的7號位發生精準的硼化反應；在吲哚的3號位安裝叔丁酰基，就能在吲哚的4號位發生碳氫硼化反應。更重要的是，該無金屬策略適用于其它芳雜環鄰位的碳氫鍵硼化，具有非常高的普適性。在美國加利福尼亞大學洛杉磯分校（UCLA）K. N. Houk教授協助下，結合理論計算和實驗輔助，首次發現了三溴化硼的雙重角色：既作為反應原料又是催化劑。該發現不僅為碳硼鍵的構建、天然產物及藥物分子的合成提供了新的手段，而且簡化了反應用料，降低了反應成本，避免了在藥物合成中重金屬殘留等問題，具有重要的合成化學價值和良好的工業應用前景（圖2）。

圖2. 無金屬導向碳氫硼化

　　該成果“Metal-free directed C-H bond activation and borylation”以南大為第一通訊單位發表在Nature上(論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1640-2)。博士研究生呂佳航（南京大學、揚州大學聯合培養）為第一作者。文章的計算部分是與美國加州大學洛杉磯分校K.N.Houk教授合作完成。該項目得到了國家自然科學基金、江蘇杰出青年基金、江蘇省“雙創計劃”的大力支持。