過(guò)渡金屬催化的C(sp3 )-H硼化反應(yīng)在有機(jī)合成化學(xué)中是一種有吸引力的方法。2012 年，Hartwig等課題報(bào)道了 3,4,7,8-四甲基-1,10-菲咯啉 (Me4phen)可以作為銥催化 C(sp3)-H硼化的配體。然而存在幾個(gè)問(wèn)題：（1）需要過(guò)量的底物，（2）雙硼試劑的一個(gè)硼原子不能參與反應(yīng)。2020 年，Hartwig開(kāi)發(fā)了用于銥催化的 C(sp3 )-H 硼化的新配體。作為菲咯啉型配體：2-甲基-1,10-菲咯啉(2-Mephen)，該配體在使用化學(xué)計(jì)量的脂肪族化合物實(shí)現(xiàn)了催化轉(zhuǎn)化。Schley 也開(kāi)發(fā)了一種聯(lián)吡啶芳基甲烷型配體用于C(sp3 )-H 硼化，得到較好的反應(yīng)效果。
近日，日本九州大學(xué)Takeru Torigoe與Yoichiro Kuninobu教授也開(kāi)發(fā)了使用聯(lián)吡啶NNSi配體的銥催化 C(sp3)-H硼化反應(yīng)。值得注意的是，大的硅基配體得到不同的選擇性，它可以取代三（硼基）配合物的硼基配體，并且使用硼烷時(shí) Ir/NNSi 催化的 C(sp3 )-H 硼基化也有效進(jìn)行。
作者研究了配體在銥催化的正辛烷 (1a) 的 C(sp3 )-H 硼基化中的作用。在 [Ir(OMe)(cod)]2 (5 mol%) 和配體 (10 mol %) 系統(tǒng)中。Ir/Me4phen 和 Ir/2-Mephen 分別以 72% 和 64% 的產(chǎn)率得到(3a)。另一方面，6-Mebpy導(dǎo)致 3a 的產(chǎn)率較低。通過(guò)在 6-Mebpy 中引入二異丙基硅基，配體 L1 為 C(sp3 )-H 硼化生成了有效的催化劑，產(chǎn)率96%。L2 也得到令人滿意的結(jié)果。L3 的銥催化劑效率不高。配體 L4 得到了一種高活性的 Ir 催化劑， 110% 的收率。L5僅產(chǎn)生少量 3a。4 mol% 的 Ir/L4 催化劑以119% 的產(chǎn)率得到 3a。(h6-mes)Ir[B(pin)]3 得到144% 的產(chǎn)率。與Me4phen 和 2-Mephen 相比，Ir/L4-催化劑有效地得到了3a（77% 產(chǎn)率）。使用 (h6-mes)Ir[B(pin)]3 前體提高了產(chǎn)率，在 6 mol% 的催化劑下得到 3a，產(chǎn)率為 96%。這些結(jié)果顯示了優(yōu)于 Me4phen 的 NNSi 鉗形配體L4 的顯著特性。
使用聯(lián)硼 2a 對(duì)各種底物進(jìn)行 Ir/L4 催化的 C(sp3)-H 硼化。3a 以139% 的產(chǎn)率分離。由于反應(yīng)在密閉體系中進(jìn)行，低沸點(diǎn)底物的反應(yīng)可以進(jìn)行，并且使用40當(dāng)量的正己烷（1b），反應(yīng)高效進(jìn)行，得到3b，收率113%。醚和胺成功地轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硼化產(chǎn)物。二丁醚 (1c) 和三丙胺 (1d) 的反應(yīng)得到 3c 和 3d，產(chǎn)率分別為 134% 和 123%。在空間位阻異丁醚 (1e) 的反應(yīng)中，效率略有下降，使用 40 當(dāng)量的 1e以 99% 的收率得到 3e。Ir/L4 不適用于亞甲基C(sp3 )-H 硼化。40 當(dāng)量的環(huán)己烷 (1f) 使用 8 mol% 的催化劑在 140 oC 下反應(yīng)得到相應(yīng)的硼化產(chǎn)物，產(chǎn)率為 11%。在相同條件下，Me4phen 以 38% 的收率得到 3f。末端甲基的選擇性硼基化反應(yīng)在丁基環(huán)己烷 (1g) 的反應(yīng)中進(jìn)行，得到 3g，產(chǎn)率為 135%。均三甲苯 (1h) 的芐基C(sp3)-H 鍵的硼化也進(jìn)行得很好，以 161% 的產(chǎn)率得到了 3h。幾種含有官能團(tuán)的底物成功地轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硼化產(chǎn)物。二丁氧基甲烷 (1i) 的反應(yīng)以 109% 的收率得到 3i，同時(shí)保留了縮醛部分。5 equiv 的新戊酸丁酯 (1j) 在環(huán)辛烷中發(fā)生反應(yīng)，得到 3j，產(chǎn)率為 75%。
作者研究了 Ir/L4 催化的丁基乙基醚 (1k) 和 2-甲基庚烷 (1l) 的 C(sp3)-H 硼化反應(yīng)的選擇性。在 1k 的反應(yīng)中，得到硼化產(chǎn)物的混合物。有趣的是，選擇性不高（3k:3k' = 1.6:1），盡管報(bào)道的催化劑有利于在β位硼化為氧原子。事實(shí)上，Ir/Me4phen 在 6.3:1 中給出了 3k 和 3k′。NNSi 鉗形配體可以產(chǎn)生類似的 Ir(III) 活性物質(zhì)，但其中一個(gè)硼基配體被空間位阻的硅基配體取代，導(dǎo)致 β選擇性低。在 1l 與 L4 的反應(yīng)中，觀察到中等選擇性：該反應(yīng)以 137% 的收率得到 6.0:1 的末端甲基硼化產(chǎn)物 3l 和α-支化甲基硼化產(chǎn)物 3l' 的混合物。相比之下，Me4phen 得到 2.8:1 的混合物。提高的選擇性可以通過(guò)硅基配體的空間體積龐大來(lái)解釋，導(dǎo)致甲基和催化劑之間的排斥。
在使用聯(lián)硼 2a 的 Ir/L4 催化的硼化反應(yīng)中，產(chǎn)率超過(guò) 100% 表明氫硼烷副產(chǎn)物參與了反應(yīng)。銥催化的使用菲咯啉配體的 C(sp3 )-H 硼化反應(yīng)使用聯(lián)硼試劑，而硼氫化物不能用作硼源。使用頻哪醇硼烷 [H-B(pin), 2b] 測(cè)試了 Ir/L4 催化的 1a 的 C(sp3 )-H 硼化。在 [Ir(OMe)(cod)]2 (1 mol%) 和 L4 (2 mol%) 存在下，1a（10 equiv）與 2b 在 120 oC 下反應(yīng)，得到硼化產(chǎn)物 3a，產(chǎn)率為 79%。相反，Me4phen 以25% 的產(chǎn)率形成 3a。
通過(guò)在 CDCl3 中混合 [IrCl(cod)]2 (1 equiv) 和 L3 (2.1 equiv) 觀察到 NNSi 連接的銥絡(luò)合物的形成。盡管得到的陽(yáng)離子銥配合物是配位飽和的，但在催化量的配合物存在下，使用 60 當(dāng)量的 1a 進(jìn)行C(sp3)-H 硼化。這些結(jié)果表明，[IrCl(cod)]2 比 [IrOMe(cod)]2 更穩(wěn)定、更便宜，可用作 C(sp3 )-H 硼化的 Ir 前體。事實(shí)上，使用 10 mol% [IrCl(cod)]2/L3 的反應(yīng)以 105% 的產(chǎn)率得到 3a。配體L4 也具有類似的特性：4 mol% 的[IrCl(cod)]2/L4 以 110% 的產(chǎn)率得到 3a。使用 [IrCl(cod)]2/Me4phen 的反應(yīng)導(dǎo)致 3a 的收率低。
總結(jié)一下，作者開(kāi)發(fā)了一種用于銥催化的 C(sp3 )-H 硼化的新型配體。帶有硅基的 2,2'-聯(lián)吡啶或 1,10-菲咯啉的 Ir 催化劑有效地催化了該反應(yīng)。這可能是由于源自剛性三齒 LLX 型 NNSi 鉗形配體的復(fù)合物的熱穩(wěn)定性。多種脂肪族化合物可以轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硼化化合物。可能的催化活性物質(zhì)是 NNSi 鉗形連接的雙（硼基）Ir（III）配合物：三（硼基）配合物的硼基配體之一被空間位阻的硅基配體取代。因此，底物的氧原子與硼基配體之間的相互作用可能會(huì)減弱，并且沒(méi)有觀察到β選擇性。NNSi 鉗形配體具有其他特性，例如。頻哪醇硼烷發(fā)生有效的 C(sp3)-H 硼化。通過(guò)基于喹啉的NNSi鉗形配體與[IrCl(cod)]2的反應(yīng)觀察到帶有NNSi鉗形配體的陽(yáng)離子銥絡(luò)合物的形成，該絡(luò)合物對(duì)C(sp3)-H硼化具有催化活性。這意味著 [IrCl(cod)]2 也是 Ir/NNSi 催化的 C(sp3 )-H 硼化的合適前體。
