摘要：有机硼化合物因其在合成化学、材料科学和生物医学等领域的重要应用价值，其合成方法学研究一直备受关注。在众多碳−硼键构筑策略中，过渡金属催化以其高效性和选择性发挥着关键作用。现有过渡金属（TM）催化的硼化反应大多依赖于三配位硼金属中间体TM−B(sp2)。而四配位

有机硼化合物因其在合成化学、材料科学和生物医学等领域的重要应用价值，其合成方法学研究一直备受关注。在众多碳−硼键构筑策略中，过渡金属催化以其高效性和选择性发挥着关键作用。现有过渡金属（TM）催化的硼化反应大多依赖于三配位硼金属中间体TM−B(sp2)。而四配位硼金属物种TM−B(sp3)的催化化学及其在硼化反应中的应用潜力尚未得到充分开发，这一研究空白可能源于缺乏结构适配的四配位硼化试剂。

香港中文大学吕海荣课题组长期致力于新型硼试剂的设计开发及其转化应用研究。他们前期发展的B(sp2)−B(sp3)硼试剂成功实现了端炔的高效选择性非对称双硼化（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202312633）。最新研究中，该课题组与中南大学吴淋琳老师合作，利用该二硼试剂实现了铜催化联烯的选择性硼氢化反应，成功构筑了C−B(sp3)键。通过关键Cu−B(sp3)络合物的分离鉴定以及系统的机理研究，首次为催化循环中四配位硼铜中间体的存在提供了直接实验证据。

图1. 铜催化C−B(sp3)键的构筑

为深入探究反应机理并验证TM−B(sp3)物种，将当量SIMesCuOtBu与B(sp2)−B(sp3)二硼试剂反应，成功分离出一种橙色晶体。X射线单晶衍射分析表明该晶体为Cu−B(sp3)四聚体结构，核心由一个近乎平面且中心对称的八元环构成。结构分析显示，B−Cu−B角为158.04(9)°，Cu⋯Cu间距2.4049(6) Å，显著短于铜原子范德华半径(1.40 Å)之和。核磁数据证实了四配位硼中心上存在两个氢原子。该四聚体结构中八个价电子参与了四个铜中心与四个硼中心之间的成键。因此，该体系可能存在四个三中心两电子(3c-2e)键，即每个Cu−B−Cu三角形中存在一个这样的离域键。FAMO (fragment-aligned molecular orbital) 分析和Pipek-Mezey局域化计算为这一成键模型提供了理论支持。该Cu−B(sp3)四聚体在催化联烯硼氢化反应中表现出活性，但由于其稳定性和溶解性较差，当量反应的产率较低。这一发现为铜催化C−B(sp3)键构筑提供了关键中间体的结构证据，也为后续优化四配位硼铜催化体系提供了参考。

图2. 机理研究

基于B(sp2)−B(sp3) 二硼试剂的铜催化体系可高效实现多种双取代联烯底物的选择性硼氢化。含有卤素、酰胺、氮/氧/硫杂环等官能团的底物可以均能顺利转化，反应主要生成顺式加成产物。阿达帕林（adapalene）、吉非罗齐（gemfibrozil）以及脱氢松香酸（dehydroabietic acid）等生物活性分子衍生物也可实现这类硼氢化转化。

图3. 铜催化联烯的选择性硼氢化

对产物后续衍生化的研究表明，所得产物中的四配位硼烷不仅可通过碳-硼键实现传统官能化，产物四配位硼上的活性硼氢（B−H）键也可进一步转化。值得注意的是，产物经二次硼氢化生成的双取代硼烷能够发生类Zweifel偶联反应，为分子间碳−碳键的高效构筑提供了新策略。

图4. 四配位硼产物衍生化

综上所述，本研究首次证实B(sp2)−B(sp3)二硼试剂(NHC)BH2Bpin可作为一种sp3硼源参与过渡金属催化反应。该试剂促成了尚未研究的Cu−B(sp3)络合物的分离与表征，为C−B(sp3)键的构建以及四配位有机硼化合物的合成开辟了多功能的新途径。目前，课题组对于B(sp2)−B(sp3)二硼试剂在各类有机分子硼化反应中的应用，其结构对反应活性和选择性的调控规律，以及开发基于四配位硼金属中间体的新型转化反应等方面正致力于深入研究。

Copper-Catalyzed C–B(sp3) Bond Formation through the Intermediacy of Cu–B(sp3) Complex

Zhanqiang Ye, Chun Yin Kwok, Sze Lam Lam, Linlin Wu*, Hairong Lyu*

J. Am. Chem. Soc. 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c00974

课题组简介

吕海荣博士于2022年8月加入香港中文大学，任助理教授。获得“Vice-Chancellor Early Career Professorship Scheme”支持。课题组研究方向是元素/金属有机化学、有机合成及电催化。目前研究课题集中于新型硼试剂的开发及其在合成中的应用。研究工作及成果将应用于药物分子的合成及含硼功能材料的开发。课题组正在招聘博士后研究员及博士研究生。具体信息参见课题组主页。欢迎有兴趣的同学联系咨询。

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吴淋琳博士于2021年9月中南大学化学化工学院。主要研究方向为：基于理论计算化学，应用量子化学、分子动力学及机器学习等，研究催化反应机理并设计催化剂、惰性小分子和惰性化学键选择性活化机理，以及基于计算化学分析反应体系中物质的结构与成键性质等，多尺度模拟无机/有机分子、配合物、团簇、矿物/材料表界面的结构及反应性质。欢迎对计算化学感兴趣的同学联系咨询。

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来源：X一MOL资讯