有机硼试剂是一类重要的合成中间体，可以应用于天然产物的合成、药物的开发、先进材料的研究等。大部分C-H键硼化是通过金属催化完成的，一般通过官能团作为导向基团（图 1A），或者在官能团上再安装一个导向基团（图1B）但是这一策略在步骤上来说是不经济的。从而发展出了使用瞬态导向基团，可以一锅法实现导向基团的组装和移除（图1C）。然而这些过程还是需要使用贵金属，且最终产物会有金属残留。非金属催化的C-H键硼化一般使用含氮杂环作为导向基团，但是苛刻的反应条件导致底物范围缩小。在有些策略中，由于硼试剂的不稳定性，官能团化是在移去导向基团之前（图1D）。对于硼化后可以组装和移除导向基团的策略主要适用于富电子芳烃体系（图 1E），该反应起源于以前的无定向路易斯酸介导的电子富集体系的对位C-H键的硼化反应（图 1F）。本文，大阪大学的Naoto Chatani课题组使用缺电子的苯甲醛实现非金属催化的定向C-H键的硼化反应（图1G）。
图 1
当苯甲醛直接和路易斯酸性的硼试剂反应时，没有得到目标硼化产物（图2A）。作者使用亚胺作为导向基团，通过筛选发现1b中的R为脂肪取代时可以得到目标产物，取代基为叔丁基时得到产物产率有49%。接着作者以1b-tBu为起始底物对碱进行了筛选，当使用2,6-二甲基吡啶时以90%的产率得到了目标产物（图 2B）。在该条件下从苯甲醛出发一锅法得到了目标产物，分离收率为82%（图 2C）。
图 2
接着作者对底物范围进行了拓展。对于邻位、间位、对位含有取代基的苯甲醛类衍生物，都能以中等到高的收率进行反应。但是间位取代的底物参与反应时，会有区域异构体生成。当扩大BBr3和2,6-二甲基吡啶的当量时，间位为甲氧基取代的底物12a，可以选择性地在一边的邻位上硼，得到12d。但是带有强吸电子取代基时反应不是很理想（32d, 33d）。此外，使用其他的硼酸酯也可以很好地转化（1e, 1f）。
图 3
这一策略同样适用于许多多取代大位阻的底物，甚至能得到六取代的产物45d。并且这一导向基团非常优越，可以覆盖其他基团如硝基46d和47d、脂基48d和酮49d的导向作用。此外，一些天然产物也可以附加到苯甲醛上参与反应（50d, 51d）。
图 4
接着作者又研究了外部杂质对反应体系的影响。作者加入了41种不同的添加剂，仅有56, 63, 76, 79对反应的负面影响较大。与之前的Ir催化非导向芳烃的C-H键硼化相比具有较大的优势。
图 5
作者用1a进行克级反应以81%的产率得到了1d。1d可以脱硼碘化得到93；还可以与碘化苯进行Suzuki耦联得到94；与2-溴-4-甲基苯胺一锅法得到95；也可以很容易地转化成苯乙烯类衍生物96、草酸硼类试剂97。
图 6
为了验证反应机理，作者做了一系列的控制实验。当加入自由基捕获剂时，反应并没有受到影响。接着，作者对BBr3和2,6-二甲基吡啶的量进行了改变。由图7A可以看到，BBr3的量对反应的影响较大，同时碱也是影响反应的重要因素之一。
接着作者又绘制了反应曲线，发现在两分钟内产率就达到了70%（图 7B）。还拿到了中间体1’的单晶（图7C）。通过硼谱（图 7D-Ⅱ）BBr3和2,6-二甲基吡啶混合后，得到了三个负的化学位移的信号，作者认为是发生了歧化反应得到了borenium化合物[BBr2(L)2]+[BBr4]–，通过ESI-MS也间接得到了验证，因此也证明了需要有两倍当量的BBr3参与反应。当不加碱时98可以充当碱和BBr3得到类似的络合物（图7D-Ⅲ），因此反应仅完成了一半（图 7A, entry 6）。
图 7
根据以上实验数据，作者给出了可能的反应机理如图8。A和1d-tBu络合得到B，再发生间位的亲电芳基取代反应得到缺电子体系的C。碱再从C中夺取一个质子生成二溴硼络合物1’。水处理脱去导向基团后得到最终产物。
为了体现亚胺导向基团的优越性，作者又使用了不同的导向基团参与反应，99和101都没有发生反应（图 9）。
图 8
图 9
综上所述，本文作者发展了非金属催化的苯甲醛类化合物间位C-H键的硼化反应。该方法底物适应性广，在大位阻、多取代或者存在其他导向基团，甚至有外部杂质的情况下，依然能较好地反应。得到的产物可以进行多种转化。在机理研究中发现，生成高反应活性的borenium化合物是实现亲电芳基取代的关键。
Transient Imine as a Directing Groupfor the Metal-Free o‑C−H Borylation of Benzaldehydes
https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c13013
