钴催化下选择性苄位的C-H键硼化

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各类易得的碳氢化合物进行各类C-H键官能团化是构建各种有效分子模块的关键步骤之一。在金属催化的C-H键官能团化中，硼化策略具有很大的吸引力，因为得到的硼化产物可以进行各类C-B键的转化。芳基C-H键的硼化反应以及发展得较为全面。然而烷基C-H通常需要与官能团化、导向基团或者特殊条件再进行硼化，只有少量文献报道了非导向的金属催化下苄位的C(sp³)-H键硼化反应。

近期，德国汉堡大学的Axel Jacobi von Wangelin教授团队发现α-二亚胺钴(II)双（羧酸酯）和带有N-杂环卡宾配体的钴(II)叔丁氧的这两类催化剂，在用HBpin和B₂pin₂做硼化试剂时，都能实现苄位的单硼化或二硼化反应。为了对第一层过渡金属在C(sp³)-H键硼化的应用进行进一步的拓展研究，本文作者用钴(II)二（六甲基二硅叠氮化物）Co(hmds)₂做催化剂，在温和条件下实现了苄位的C(sp³)-H键硼化，并对机理进行了探讨。

基于先前的研究，作者以甲苯为底物对条件进行了筛选，以Co(hmds)₂为催化剂，正己烷为溶剂，B₂pin₂为硼化试剂，在80℃下以很好的转化率和近乎完美的化学特异性生成了C-H键硼化的产物，并得到大量苄位双硼化的产物。

值得注意的是，该反应只用添加1当量的B₂pin₂，具有良好的原子经济性。作者认为是生成了中间副产物HBpin继续参与了脱氢偶联过程，并且会释放出氢气。在相同条件下，B₂pin₂的反应速率是HBpin的两倍，并且B₂pin₂更加经济易得和稳定，故使用B₂pin₂作为硼化试剂。

在最佳条件下，作者对底物进行了探讨。底物为甲苯时有5%的单硼化产物，当苯环上带有取代基时有10%-20%的单硼化产物。当苯环上含有{attr}3180{/attr}、硅基、Bpin时都能较好的反应。4-甲氧基甲苯参与反应时，有24%C-OMe断裂的产物。

邻、间、对为的二甲苯加入2.1当量的B₂pin₂参与反应，可以以65%-70%的总产率得到二取代、三取代和四取代的产物。

使用苄位带有取代基的底物进行反应时，主要得到的是单硼化产物，正-烷基取代时有10%-20%的双硼化产物生成，大位阻的异-烷基和硅基取代时，没有得到双硼化产物。二苯甲烷在该环境下基本上不反应。

为了验证试验机理。作者做了一系列验证试验。1）动力学试验。在动力学同位素效应试验中，其KIE=2.8，说明催化C-H键的裂解是决速步。

2）脱氢偶联试验。B₂pin₂的反应速率快于HBpin，B₂pin₂可以直接参与第一次脱氢偶联反应，而HBpin需要先进行无受体脱氢偶联生成B₂pin₂和氢气。在d₈-甲苯和B₂pin₂的反应中，也检测到了DBpin和D₂的生成。B₂pin₂和4, 4’-二联吡啶可以发生1,8-加成，而在Co(hmds)₂和HBpin的存在下也发生了一样的反应，不加Co(hmds)₂没有此类反应发生，说明了Co(hmds)₂和HBpin进行了无受体脱氢偶联生成B₂pin₂和氢气。

3）颜色和UV/Vis色谱。当加入甲苯、萘等底物时，溶液的颜色由绿色变为蓝色，而加入甲基环己烷时，溶液的颜色没有发生变化。作者认为可以考虑芳烃与钴络合物的π相互作用。UV-vis光谱也检测到了相应的吸收带。

4）捕捉反应中间体。作者反应条件下进行了催化剂中毒实验，以区分同位和异位机理。

5）XANES光谱分析。最开始检测到了单体和二聚的Co(hmds)₂信号。加入B₂pin₂后与Co(hmds)₂配位信号又发生了改变。加入甲苯开始反应后，观察到在2.10（典型的对芳烃-π-金属键距离）处具有额外碳背散射贡献的二聚催化剂物种。反应结束后，EXAFS数据记录了纳米粒子的形成（Co-Co配位数、距离），它们似乎包含来自Bpin或hmds配位的（表面）轻原子。

最后，作者提出了可能的反应机理。首先在B₂pin₂的参与下进行双金属还原消除，释放出(MeSi)₂N-Bpin得到二聚的Co^Ⅰ络合物，Co^Ⅰ络合物与芳烃进行π-配位得到中间体A，从而进行C-H键的活化，这一过程很可能伴随的B-B键的断裂被促进。硼酸苄酯的消除再生了活性Co^I催化剂。HBpin进行另外的苄位的C-H键活化，或者与Co催化剂反应生成B₂pin₂和H₂。