最近，過渡金屬催化的直接C?H硼化已經(jīng)成為構(gòu)建C?B鍵的有力工具，由于其廣泛的官能團(tuán)耐受性和寬的底物范圍，允許后期功能化，而不使用保護(hù)基團(tuán)。無保護(hù)吲哚的C?H功能化具有七個(gè)不同的位置，其區(qū)域選擇性通常由電子效應(yīng)驅(qū)動(dòng)。因此，C?H硼化反應(yīng)主要發(fā)生在C2位置，其中含有最酸性和反應(yīng)性的C?H鍵。Ishiyama和Miyaura、Hartwig、Ito、Marder、Tobisu和Chatani、Chattopadhyay、Maleczka和Smith等人報(bào)道了吲哚的選擇性硼化反應(yīng)，主要使用Ir，但也使用Rh，Pt，Co，Ni和其他催化劑。無金屬催化C?H硼化也是一個(gè)有吸引力的選擇，因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)簡(jiǎn)單和廉價(jià)的路線，在溫和的條件下，硼化吲哚。
定向基團(tuán)通常被用來控制C?H功能化的區(qū)域選擇性。例如，Maleczka和Smith等人采用叔丁基(Boc)作為Ir-cat的指導(dǎo)基團(tuán)將吡咯、吲哚?氮唑和吡唑的C-H硼化，并觀察到N-Boc保護(hù)雜環(huán)在與N原子β的位置上的選擇性功能化(方案1A)。Hartwig和他的同事開發(fā)了一鍋法協(xié)議，包括Ru催化在吲哚N原子上安裝硅烷，Ir催化硅吲哚的硼化，以及隨后的加氫對(duì)N-硅基進(jìn)行裂解，選擇性地獲得C7-硼化吲哚(方案1B)。Ingleson、Huk和Shi在N位處使用了Pivaloyl基作為一個(gè)有效的定向基團(tuán)，可簡(jiǎn)單地對(duì)吲哚進(jìn)行C7硼化和苯胺的硼化。以及在吲哚的C3位置安裝pivaloyl基團(tuán)可以在不利的C4位置進(jìn)行硼化。
雖然在導(dǎo)向基團(tuán)的幫助下可以有效地實(shí)現(xiàn)位點(diǎn)選擇性的C?H功能化，但有些很難去除或修改，從而限制他的方法實(shí)際應(yīng)用。因此，采用無痕跡指揮組將是一種有吸引力的替代傳統(tǒng)方法。Krska、Maleczka和Smith等人證明了(Pinacolato)Boryl(Bpin)結(jié)構(gòu)可以作為選擇性Ir催化C?H哚在C3位置的無痕導(dǎo)向基團(tuán)(方案1C)。
N-雜環(huán)卡賓(NHC)過渡金屬配合物已被證明是有效的均相催化C?H活化。在此報(bào)道了一種高選擇性的無痕、定向的C3?吲哚的H硼化反應(yīng)，該反應(yīng)采用 [Ni(IMes)2] (IMes = 1,3-dimesitylimidazoline-2-ylidene)作為催化劑，沒有額外的堿或HY水解實(shí)現(xiàn)（1）原位安裝Bpin作為無痕導(dǎo)向基團(tuán)在吲哚N位置，（2）催化C3?H硼化，（3）將N-Bpin部分脫保護(hù)回N?H基團(tuán)，以提供具有優(yōu)異活性和選擇性的C3-硼化吲哚(方案1D)。
反應(yīng)條件的優(yōu)化，作者首先考察了無保護(hù)基吲哚，使用不同的硼源得到產(chǎn)物的情況，緊接著考察了含一個(gè)或著兩個(gè)Bpin為保護(hù)基時(shí)，使用不同硼源，提供產(chǎn)物的情況，如表一所示。
在優(yōu)化條件下考察定向硼化的吲哚的范圍，結(jié)果總結(jié)在表2中，給電子(2a?9a)或吸電子(10a?13a)基團(tuán)的吲哚反應(yīng)順利，得到相應(yīng)的C3-硼化吲哚，產(chǎn)率良好，表明該方法具有良好的官能團(tuán)耐受性。吲哚苯基上含Me和MeO取代基的位置對(duì)催化活性沒有顯著影響；將它們放置在與放置在C4或C7位置(2a?9a)時(shí)相比，C5或C6位置導(dǎo)致產(chǎn)品的產(chǎn)率略高)。因?yàn)楹袡C(jī)化合物具有a的特殊性質(zhì)在許多應(yīng)用中正在開發(fā)，重要的是要注意的是，氟哚經(jīng)歷了C3?H硼化反應(yīng)，在此條件下(10a?13a)，氟化物保持完整)。有趣的是，4-F-吲哚 (10a) and 5-F-吲哚(11a)的產(chǎn)物產(chǎn)量高于6-F-吲哚(12a)和7-F-吲哚(13a)，其活性最低，只有50%的3-Bpin-7-F-吲哚(13b)。這用單晶X射線衍射得到的1b、3b-5b、7b和9b?12b的分子結(jié)構(gòu)證實(shí)了本文報(bào)道的C?H硼化的C-3選擇性。
緊接著，對(duì)[Ni(IMES)2]催化劑的定向C3-H硼化過程進(jìn)行了初步的機(jī)理研究。首先，通過GC?MS分析來監(jiān)測(cè)1a的硼化。圖1所示，1b的產(chǎn)率隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。重要的是，N?H單芳基化產(chǎn)物1-Bpin-吲哚(1c)和二芳基化產(chǎn)物在反應(yīng)過程中檢測(cè)到T1，3-(Bpin)2-吲哚(1d?；衔?c和1d在10和30min后分別達(dá)到36%和28%的最大產(chǎn)率，然后產(chǎn)率下降到痕量分別在1.5和4小時(shí)。上述結(jié)果表明，N-硼化合物1c和雙-N/C3-硼化合物1d是形成1b的重要中間體。
根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，方案2顯示了吲哚與[Ni(IMES)2]的C3選擇性硼化的一個(gè)合理機(jī)制。首先，吲哚在[Ni(IME)2中發(fā)生快速的N?H氧化加成)]給出了NiII氫化物配合物I1，它進(jìn)一步與B2pin2原位反應(yīng)，在吲哚N位處安裝Bpin作為無示蹤導(dǎo)向基團(tuán)，產(chǎn)生1c并釋放[Ni(IME s)2]。后來再生[Ni-(IMES)2]催化1c的C3-硼化；[Ni(IMES)2]從而插入1c的C3?H鍵，形成NiII氫化物絡(luò)合物I2，與B2pin2轉(zhuǎn)化為雙N/C3-硼化吲哚1d，這一步驟也再生了Ni0配合物[Ni(IMES)2]。最后，這與反應(yīng)混合物中存在的另一個(gè)Ni絡(luò)合物催化去除導(dǎo)向基團(tuán)，即NBpin轉(zhuǎn)化為N?H，形成最終的C3-硼化吲哚1b，是通過[Ni(IMES)2]催化的一維與氫原子源的反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，將其分解方案2中的作為原位生成的HBpin。雖然在反應(yīng)過程中不通過原位GC?MS觀察HBpin，但還不知道循環(huán)中這一最后一步的具體細(xì)節(jié)，因?yàn)榉磻?yīng)在惰性氣氛和仔細(xì)干燥的溶劑中順利進(jìn)行，似乎氫原子源必須在N?H或C?H活化步驟中產(chǎn)生。
本文開發(fā)了一種以[Ni(IMes)2]為催化劑的B2pin2吲哚的高效、無痕、定向C3選擇性C?H硼化反應(yīng)。反應(yīng)在沒有任何堿和溫和的條件下進(jìn)行，顯示了廣泛的范圍和官能團(tuán)耐受性，并提供了良好的硼化吲哚，以良好的產(chǎn)率，高選擇性。Bbpin，作為一個(gè)無痕跡的導(dǎo)向組安裝在N-通過[Ni(IMes)2]激活N?H鍵的位置。形成的N-硼化吲哚與再生[Ni(IMes)2]進(jìn)行催化C3選擇性C?H硼化反應(yīng)，形成雙N/C3-硼化吲哚然后，它通過將N-Bpin轉(zhuǎn)化為N?H與[Ni(IMes)2]并在原位生成的HBpin中生成所需的C3-硼化吲哚產(chǎn)物。該協(xié)議允許原位安裝和移除導(dǎo)向基，而不需要額外的操作，使用第一行過渡金屬催化劑，并且可以在同一鍋中跟隨Suzuki?Miyaura與芳基鹵化物交叉偶聯(lián)。
