1,3-硼迁移至酮的可见光驱动反应

有机硼酸易于获得且对环境友好，在过渡金属催化Suzuki-Miyaura交叉偶联反应等研究领域已取得巨大成功。然而，人们仍在努力推动成本较低金属甚至不需要金属参与的有机硼酸反应类型研究。分子内硼迁移反应（如1,2-硼迁移的Matteson反应和 1,4-硼迁移的Petasis反应）的发展极大满足了无金属条件下的硼酸合成应用需求。该类硼迁移反应通过硼位点的碳基团向分子内高亲电位点（如α-离去基团或亚胺阳离子）区域选择性发生，然而四配位硼络合物的热力学硼迁移反应目前对于活性较低的酮由于高反应能垒的限制（> 40 kcal/mol）还无法实现（图1a）。

最近，中国科学院上海有机化学研究所陈以昀课题组报道了第一例1,3-硼迁移至酮的可见光驱动反应，并与郑州大学蓝宇课题组合作对激发态的四配位硼酸盐重排机理进行了研究，排除了自由基反应途径。该反应原位生成烯醇酮螯合的四配位硼复合物，在可见光驱动下跃迁至激发态促进了区域选择性的1,3-硼迁移反应合成各种β-羰基叔醇化合物。相关论文发表于Angew. Chem. Int. Ed.。

图1. 1,3-硼迁移至酮的可见光驱动反应

陈以昀课题组自2014年起发展了环状三价碘试剂BI-OH 在可见光催化条件下氧化烷基硼酸及三氟硼酸钾产生烷基自由基进而实现C(sp³)-C(sp)键、C(sp³)-C(sp²) 键及C(sp³)-C(sp³) 键等一系列生物相容条件的交叉偶联反应（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2280; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1881; Chin. J. Chem. 2018, 36, 1209)。他们进而报道了烷基硼酸与酮酸可以形成分子复合物，在无额外光敏剂添加下通过可见光激发单电子转移产生烷基自由基发生酮酸加成反应 (J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 16237)，该硼酸分子复合物的形成还克服了羰基直接被烷基自由基加成的可逆性难题。然而四配位硼的光化学尤其是激发态硼迁移化学反应仍很少被研究及被合成应用。

在过去的几年中，陈以昀课题组系统性研究了各种酮类和有机硼酸形成的有机四配位硼络合物，发现1,3-二酮1a互变异构产生的烯醇酮与芳基硼酸 1b 混合可以迅速变色生成全新的烯醇酮螯合的四配位硼复合物（图2a）。该四配位硼复合物在蓝光区有明显吸收，经过蓝灯照射后可以得到区域选择性1,3-硼迁移的β-羰基叔醇产物3（图2b）。由于新形成的硼酸盐复合物在蓝光区有明显吸收，他们进一步探索了激发态化学反应过程。该反应对于不同电子特性的芳基硼酸、烯基硼酸和烷基硼酸均能高效进行，并具有优秀的化学选择性与官能团兼容性，反应产率可以高达98%，同时也证明了光反应容易放大到克级反应（图2c）。

图2. 烯醇酮螯合的四配位硼复合物发现及其激发态化学合成应用

自由基钟和自由基淬灭实验共同排除了自由基加成途径，M06-2X/6-31G*密度泛函理论（DFT）计算解释了1,3-硼迁移至酮的分子内硼酸盐重排过程。计算研究表明，可见光照射烯醇酮螯合的四配位硼复合物至激发态，可以克服基态1,3-硼迁移至酮的高反应能垒（44.9 kcal/mol，图2d）。该类激发态四配位硼复合物的光化学转化极大扩展了热化学四配位硼迁移反应类型，具有广阔的合成化学、材料化学与化学生物学应用前景。

该研究工作发表于Angew. Chem. Int. Ed.，上海有机所郝柯嘉与上海有机所上海科技大学联合培养博士研究生李德芳为共同第一作者，上海有机所陈以昀与郑州大学蓝宇为共同通讯作者。上述研究工作得到国家自然科学基金委重点项目、中国科学院创新交叉团队项目、上海市科委、生命过程小分子调控全国重点实验室的大力资助。

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Metal-Free 1,3-Boronate Rearrangement to Ketones Driven by Visible Light 

Kejia Hao¹, Defang Li¹,  Dongmin Fu, Peng Zou, Shasha Xie, Yu Lan*, and Yiyun Chen*

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202316481, DOI: 10.1002/anie.202316481

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