非共价相互作用导向的过渡金属催化是一种很有发展潜力的具备区域选择性的合成策略。研究者在近年来发展了一些基于氢键相互作用的区域选择性控制方法，但是离子对相互作用尚未应用于这一领域（Fig. 1-1）。相比较而言，离子对相互作用更强，对底物和配体的要求会比较低，具有更广泛的应用前景。剑桥大学化学系的Robert J. Phipps研究团队基于离子对相互作用，通过底物上的季铵离子和配体上的磺酸根离子相互作用，使用Ir催化芳环间位选择性C-H键硼化反应，成功得到了间位选择性的产物（间位/对位 = 10:1），底物适用性也非常好，该工作发表在JACS上。（Ion Pair-Directed Regiocontrol in Transition-Metal Catalysis: A Meta-Selective C−H Borylation of Aromatic Quaternary Ammonium Salts. J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 12759-12762, DOI: 10.1021/jacs.6b08164）。
Figure 1. 图片来源：JACS
经典的Ir催化芳环C-H键硼化反应主要得到的是位阻控制的产物，即间位和对位的混合产物，常常难以分离（Fig. 1-3）。为了应用离子对相互作用来改善这一反应的选择性，研究团队选择了在底物上连接一个易于得到的阳离子——季铵离子，而在配体上则加上了一个带负电荷的磺酸根离子（Chart 1-4），经过筛选，在使用L1作为配体时，以苄基季铵盐作为底物的模板反应能以96%的转化率得到间对比10：1的产物（Scheme 1），而且L1这个配体只需要两步就可以从便宜的原料合成。
Scheme 1. 模板反应和配体的筛选。图片来源：JACS
研究团队进一步做了对照试验，使用两种去掉阳离子中心的电中性底物，得到的产物间对比都是1:1（Scheme 2）。同时，在反应体系中加入其他季铵盐，选择性也会大大下降。以上实验充分说明了离子对之间的相互作用是这一反应区域选择性的关键所在。
Scheme 2. 离子底物和中性底物反应的产物比例。图片来源：JACS
接下来，应用筛选得到的条件，研究者对许多不同取代的底物进行了扩展，发现此反应对卤素、吸电子基和供电子基都有很好的耐受性，而且不同取代位置的底物都可以得到较高的产率。对比没有离子对效应的配体，L1可以以相近甚至更高的产率和选择性很好地得到在季铵盐取代基间位硼化的产物（Scheme 3）。随后，缩短底物上季铵离子和苯环的距离，即使用苯基季铵盐作为底物，使用同样的反应条件和配体，同样可以得到类似的结果。而以吡啶基底物进行反应，L1的定位效果也相当出色；对于使用dtbpy配体时主要产物是2,7位的取代吲哚底物，以L1作为配体时，2,6位的取代产物比例大大提高。当改变底物上用于导向的季铵盐构成时，此反应得到的双硼化产物选择性都大于20:1。
Scheme 3. 苯环不同取代的底物扩展。图片来源：JACS
研究者在最后将这一反应得到的产物进一步进行了转化，其中，C-B键和季铵盐官能团都可以通过Suzuki反应进行芳基化，而季铵盐结构还可以通过钯碳加氢反应去除转化烷基（Scheme 4）。通过以上的转化反应，研究者可以选择性地得到多芳基取代的产物，展现了这个反应巨大的应用潜力。
Scheme 4. 产物1a的官能团转化。图片来源：JACS
总结：
研究者在这一工作中对离子对导向的反应区域选择性控制进行了深入研究，表明了这一策略具有众多优点：底物和配体合成简便，产物官能团丰富，可以进行多种转化，对底物位阻电性等变化容忍度高。可以期待离子对相互作用导向在其它过渡金属催化反应的区域选择性控制中得到进一步的发展。
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b08164
导师介绍
Robert J. Phipps：http://www.x-mol.com/university/faculty/2583
（本文由殢无伤供稿）
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