烷基硼酸酯作为一类非常重要的合成中间体，在有机化学、药物化学、材料化学等多个研究领域都扮演着举足轻重的角色。
图1. 具有药物活性的烷基硼酸及其硼酸酯类化合物
对于该类化合物的合成，最为传统的方法当属活泼金属试剂如锂试剂或格氏试剂与含硼化合物的反应。但是，苛刻的反应条件以及较差的官能团兼容性毫无疑问地成为掣肘其发展的重要因素。近年来，随着金属化学和光化学的不断发展，越来越多的有关合成烷基硼酸酯的新方法得到报道，如过渡金属（Ir、Cu、Fe、Zn等）催化烷基卤代物的硼化反应、可见光促进氧化还原活性酯的脱羧硼化反应、过渡金属催化烯烃的硼氢化或硼碳化反应。这些方法极大地丰富了烷基硼酸酯的种类，为新型分子的设计合成提供了有力的保障；然而，美中不足的是这些方法往往需要昂贵的金属催化剂、强碱、光辅助以及配体的参与。因此，在温和条件下实现烷基硼酸酯，尤其是官能化烷基硼酸酯的合成无疑具有重要的研究意义和应用价值。
近年来，西安交通大学理学院化学系的郭丽娜教授课题组在亚胺自由基介导张力环的C-C键裂解反应方面进行了系统研究，利用单电子转移的策略成功地克服了传统过渡金属Pd催化的烷基金属中间体易发生β-氢消除的副反应，实现了一系列C-C键断裂/C-C键形成反应，将合成中具有重要意义的γ-氰烷基片段引入到喹啉氮氧化物、醌、喹喔啉、羟吲哚和二氢呋喃等各种分子骨架中（图2）。近日，该课题组在无过渡金属参与的温和条件下，通过亚胺自由基介导的C-C键裂解/C-B键形成反应，实现了一系列γ-氰基烷基硼酸酯类化合物的合成（图3）。
图2. 亚胺自由基介导张力环的C-C键裂解反应
图3. 亚胺自由基介导张力环的C-C键裂解/C-B键形成反应
该反应以廉价、易得的次硼酸B2(OH)4为硼源和单电子给体，不需要额外的还原剂和其他添加剂，在氧化还原中性的条件下成功实现了C-C键裂解/C-B键构筑。作者发现，光照与否对于该反应存在影响。酰胺类溶剂如DMAc的使用对反应的转化效率至关重要，主要归因于酰胺类溶剂在反应过程中可能起到稳定反应中间体的作用。在B2(OH)4/DMAc体系中，一系列取代的环丁酮肟酯底物都可以良好的收率得到相应的目标产物；卤素、酯基、醚、三甲基硅基等官能团均可以兼容。遗憾的是，当使用其他张力较小的环酮肟酯如环戊酮肟酯作为底物时，反应不能发生。自由基捕获实验以及自由基开环/环化实验均表明该反应经历了自由基中间体历程。结合DFT理论计算的佐证，作者认为该反应可能经历了自由基介导的链式反应过程。
值得一提的是，该体系不仅适用于碳-硼键的构筑，也可以用于碳-碳键的构筑。这些结果表明这一新型的催化体系或许可以用来代替已有的过渡金属催化体系，为自由基化学提供新的合成思路和方法。
图4. B2(OH)4/DMAc还原体系用于碳-碳键构筑的探究
总结
西安交通大学理学院的郭丽娜教授课题组发展了一种无过渡金属参与张力环的自由基开环/硼化反应。该方法简洁高效、官能团兼容性好，有效丰富了烷基硼酸酯的合成方法和合成种类；同时，该催化体系有望近一步应用于张力环开环构筑其他化学键的反应中。该研究结果近期发表在英国皇家化学会期刊Chemical Science上。西安交通大学的硕士研究生张金江为本文的第一作者，郭丽娜教授为本文的通讯作者。该研究工作受到陕西省自然科学基金、西安交通大学基金的支持。
该论文作者为：Jin-Jiang Zhang, Xin-Hua Duan, Yong Wu, Jun-Cheng Yang and Li-Na Guo
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Transition-metal free C–C bond cleavage/borylation of cycloketone oxime esters
Chem. Sci., 2019, DOI: 10.1039/c8sc03315c
通讯作者简介
郭丽娜，西安交通大学教授，博士生导师；2003年本科毕业于太原师范学院化学系，2008年于兰州大学化学化工学院获得博士学位，师从梁永民教授；同年，作为洪堡学者在德国慕尼黑大学从事博士后研究工作，师从Prof. Paul Knochel；自2010年起在西安交通大学化学系独立开展教学科研工作；课题组主要从事新颖、实用的有机合成方法的探索及功能化小分子设计合成的研究；先后在Acc. Chem. Res.、Angew. Chem. Int. Ed.、Org. Lett.、Chem. Commun.、Chem. Eur. J. 等知名期刊发表论文50余篇。
https://www.x-mol.com/university/faculty/13706
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