Angew. Chem. ：电化学氧化巢式碳硼烷B-H键官能团化的研究

碳硼烷具有良好的热及化学稳定性、高代谢稳定性、低生物毒性及三维σ芳香性等化学性质。在过去的几年里，通过过渡金属催化闭式碳硼烷B-H功能化已经取得了很大的进展，与此形成鲜明对比的是，巢式碳硼烷B-H功能化研究相对较少。南京大学燕红课题组长期致力于碳硼烷硼氢键的选择性活化及官能团化的研究，成功实现了一系列硼氢键选择性官能团化的反应（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10341-10344; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11289-11298; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 14511-14517; Chem. Sci. 2018, 9, 3964-3969; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 11886-11892等）。我们课题组前期报道了2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌（DDQ）氧化巢式碳硼烷（7,8-C₂B₉H₁₂^–）与芳香氮杂环的氧化偶联反应(图1a)。近年来随着有机电化学合成的飞速发展，电化学氧化已被证明是氧化转化中化学氧化剂的绿色替代物，受该工作的启发，本文报道了电化学氧化下，巢式碳硼烷与含孤对电子的杂原子氧化偶联反应，在温和的反应条件下以良好的产率得到B-S, B-Se, B-Te, B-N (氮杂环), B-P, B-As和B-Sb成键的目标化合物，同时避免了化学计量氧化剂和金属催化剂的使用(图1b)。

图1. 巢式碳硼烷B-H键氧化官能团化

在最优的反应条件下，作者对杂原子底物和巢式碳硼烷底物的适用范围进行了考察，结果表明，反应的收率取决于杂原子底物的亲核性，亲核性越强，反应收率越高；取代基的位阻效应也会明显影响反应效率。S, Se, Te随着原子序数的增大，其亲核性逐渐增大，反应收率逐渐提高；此外，15主族的P, As, Sb在该电反应条件下，也都可以以中等及以上的收率得到目标化合物；含N杂环化合物同样可得到良好以上的产率。值得注意的是，硼簇化合物与As, Sb的偶联反应尚未被报道。巢式碳硼烷碳原子上无论是被烷烃或被（杂）芳烃取代，均能够以较高的收率得到目标化合物。

核磁跟踪实验结果表明，在酸性和中性条件下，产物稳定。而在碱性条件下，产物不稳定。将反应规模放大到5mmol，仍能以略低的产率得到B-S成键的目标化合物。将富含硼的碳硼烷簇合物与药物分子片段结合有利于硼中子俘获疗法药物的开发，值得高兴的是，在该电反应条件下，巢式碳硼烷能分别与含布洛芬，吲哚美辛，环丙贝特，丙磺舒的药物片段分子有效结合（图2b）。

图2. a）药物中的代表性硫化物和亚砜化合物；b）该电化学方法用于巢式碳硼烷对药物分子片段后修饰

通过氘代实验，循环伏安法实验以及相关的文献报道，我们提出如下的机理：巢式碳硼烷在阳极被连续两次氧化，得到阳离子中间体II，随后活泼桥氢离去，亲核底物对缺电子的B-H键进行亲核加成，得到目标化合物，同时伴随着B-H的迁移形成新的桥氢。

图3. 电化学氧化的可能反应机理

在该工作中，燕红教授团队发展了一种普适的电化学氧化方法，实现了巢式碳硼烷B-H键功能化，形成了一系列B-S, B-Se, B-Te, B-N(含N杂环), B-P, B-As, B-Sb等成键的目标化合物，反应具有良好的官能团耐受性和广泛的底物范围，能有效地将碳硼烷和药物分子片段结合，表明了该方法在药物发现和材料科学中的应用潜力。

论文信息：

Electrooxidative B－H Functionalization of nido‐Carboranes

Hong Yan, Meng Chen, Deshi Zhao, Jingkai Xu, Chunxiao Li, Changsheng Lu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202015299