▲第一作者：文静岚
通讯作者：胡鹏
通讯单位：中山大学
论文DOI：10.1021/acscatal.5c04028
本文报道了一个高效、经济的钴催化端炔1,1-双硼化反应体系。该体系由商业可得的Co(acac)2和简单易制的CNC钳形配体组成，通过调节配体空间位阻实现对反应活性的精确调控。该方法不仅兼容多种取代炔烃，尤其适用于大位阻和富电子芳基炔烃的转化，还具备操作简便、易于放大及良好官能团耐受性的特点，可放大至克级规模，所生成的1,1-双硼基烯烃可进一步实现一系列高选择性转化，为构建多取代烯烃提供了有力工具。
背景介绍：有机硼化合物在药物开发、有机合成等领域中占据重要地位。近年来，多硼化合物因其多样化和可调控的反应性，受到合成化学家的广泛关注。通过炔烃双硼化一步合成双硼基烯烃，成为拓展多硼化合物来源的一种高原子经济性策略。然而，实现1,1-双硼基烯烃的区域选择性生成，而非1,2-双硼化产物，仍然是一项更具挑战性的转化。
(1)催化体系廉价实用：催化体系由商业可得的Co(acac)2与空气稳定、可规模化制备的CNC配体原位生成。
(2)底物适用性广泛：无论芳基、杂芳基还是脂肪族炔烃均可实现高效1,1-双硼化，兼容醚、卤素、胺、酰胺等多种官能团，且对大位阻底物亦展现出优异的反应效率与选择性。
(3)操作简便，易于放大：反应条件温和，体系可顺利扩展至克级规模，无需柱层析即能获得高纯产物，具有良好的实际应用潜力。
近日，中山大学胡鹏课题组报道了一种钴催化的末端炔烃1,1-双硼化反应。该方法可高效实现一系列末端炔烃（包括空间位阻大及富电子的底物）向1，1-双硼基烯烃的直接转化。该体系操作简便、易于克级放大，并适用于复杂分子的后期官能化，充分展现出其在合成化学中的实用性与应用潜力。
在最优反应条件下，作者系统考察了炔烃底物的适用性。结果表明，该体系对多种官能团具有良好耐受性，包括卤素、醚、酰胺、氰基、三氟甲氧基和硅氧醚等均可顺利转化。尤其值得注意的是，带有电子给体取代基的芳香炔烃在该体系中展现出优异反应性，而此类底物在已有报道中通常表现不佳。此外，邻位取代的芳香炔烃亦能以高产率生成目标1,1-双硼化产物，尽管这类底物因空间位阻大而被视为挑战性较高的底物。即便在苯环邻位引入多个取代基的情况下，反应依然表现出卓越的活性，充分体现了该催化体系在空间位阻兼容性方面的显著优势。
为了进一步验证该方法的合成实用性，作者开展了克级放大实验，将反应规模扩大至20 mmol后，反应效率与选择性依然保持优异。此外，作者还将该方法成功应用于复杂分子的后期修饰。借助该催化体系的高效性能及良好的官能团兼容性，研究团队顺利实现了三种源自重要生物活性分子与药物结构的炔烃向对应的 1，1-双硼基烯烃（2aj−2al）的高效转化。
在合成应用方面，作者对1,1-双硼基烯烃产物进行了多种偶联与官能化反应，进一步验证了其合成多样性。相关转化包括铜催化Z-选择性偶联、钯催化E-选择性Suzuki反应，以及Matteson同系化、氧化、卤化、氢化和光催化自由基加成等多种后续转化路径，充分体现了1,1-双硼基烯烃作为合成模块的广泛应用潜力。
为深入探究反应机理，作者开展了一系列控制实验。结果显示，单取代的烯基硼酸酯在标准条件下无法转化为1,1-双硼基烯烃，而炔基硼酸酯则可顺利生成目标产物，表明反应并非经由烯基中间体，而是通过炔基硼酸酯中间体发生Co-B插入反应完成双硼化过程。
进一步的氘代标记实验表明，产物中烯烃氢的来源包括底物炔烃的氢和反应体系中的痕量水分。向反应中在加入D2O后，产物中出现明显的氘掺杂。此外，当使用氘代和未氘代炔烃的混合底物时，观察到产物烯烃氢的氘掺杂，进一步支持了反应过程中烯基钴中间体与炔烃的质子交换过程。
为捕捉可能的金属中间体，作者利用高分辨质谱（HRMS）对反应体系进行监测。在反应初期，观察到Co(II)-CNC配合物逐渐转化为多种Co(I)物种，其中包括Co(I)-Bpin与Co(I)-炔烃配合物，间接证实了Co(I)为催化过程中的活性物种。进一步的的预混合实验显示，只有在将催化剂与B2pin2加热后，冷却至室温再加入炔烃，才能在室温下生成产物；反之则无反应发生，进一步印证了活性Co(I)物种需在加热下与硼源作用形成。
基于上述实验结果，作者提出了合理的催化循环机制：起始的Co(II)-CNC配合物在碱和B2pin2作用下生成Co(I)物种，后者与炔烃反应形成炔基钴中间体；该中间体与B2pin2发生氧化加成和还原消除，生成炔基硼酸酯与Co-B物种，继而通过Co-B插入形成烯基钴中间体，最终通过与另一分子炔烃作用生成目标产物1,1-双硼基烯烃并完成催化循环。
在该工作中，胡鹏团队开发了一种通用、简洁且高效的钴催化末端炔烃1,1-双硼化反应体系。该方法以廉价的钴盐与一步合成配体构建催化体系，适用于各类炔烃底物，尤其在空间位阻较大或含富电子取代基的底物中表现出优异的反应活性，克服了传统体系在此类底物转化中的局限性。该方法具有反应条件温和、操作简便、易于放大的优势，且适用于复杂分子的后期官能化改造，展现出显著的合成实用价值。此外，所获得的1,1-双硼基烯烃产物在立体选择性交叉偶联等转化中亦表现出良好的多样性和应用潜力，为构建多功能分子提供了有力的合成平台。
课题组介绍：胡鹏，中山大学化学学院教授、博士生导师。胡鹏教授本科毕业于湖北大学，2006年加入福建物构所苏伟平课题组，2011年获得博士学位。随后，胡鹏博士先后在以色列魏兹曼科学研究所David Milstein教授课题组、德国慕尼黑工业大学Thorsten Bach教授课题组从事博士后研究，并获得德国洪堡奖学金的资助。2017年加入中山大学开始独立科研工作，主要研究方向为自由基过程的惰性键断裂转化和丰产金属催化。
课题组研究方向为：a）基于催化剂设计的化学键断裂和形成的机理研究，及其在新型环境友好的有机反应上的应用；b）光热自由基参与的新型绿色高效化学反应的研究；c)新型高效均相和异相催化剂研究及其在清洁能源方面的应用；d）小分子活化及其在能源物质合成上的应用。
(招收硕士研究生、博士研究生、博士后、特聘副研究员、特聘研究员和国内外访问学者。本课题组旨在发展面向未来的化学方法和系统，欢迎对金属有机中间过程、新型催化剂和新型反应设计及应用、清洁能源体系构建及应用等交叉前沿方向感兴趣的学生来课题组进行学习与研究。)
课题组网页：
https://www.x-mol.com/groups/hu_peng
