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2024年2月1日，中山大学胡鹏团队在Science在线发表题为“Terminal C(sp³)–H borylation through intermolecular radical sampling”的研究论文，该研究提出了一个光催化分子间自由基取样过程，用于铁催化的末端C(sp³) -H键的硼化作用，具有小空间位阻的底物，包括未支链烷烃。机理研究表明，该反应是通过可逆的HAT过程进行的，随后是碳自由基的选择性硼化。硼-亚砜络合物可能有助于观察到的高末端区域选择性。

长期以来，碳化学家们一直在寻求通过碳-氢键功能化，高效、可持续地将非反应性原料烷烃转化为增值精细化学品。过渡金属催化的出现使得芳香化合物中的C(sp²) -H键功能化和底物中具有导向基团的C(sp³) -H键功能化取得了很大进展。尽管如此，选择性地对惰性烷烃进行直接改性仍然是一个重大挑战，只有少数使用贵金属催化剂的开创性研究被报道。此外，C -H键对过渡金属催化剂的反应活性通常取决于相应的键酸度，末端炔和芳香环优先与烷烃片段反应，导致C(sp³) -H键功能化的底物限制。

相比之下，C -H键的均解活性主要取决于键解离能(BDE)，其中C(sp³) -H键的BDE水平最低。因此，通过活化物质，C(sp³) -H键的裂解可以通过HAT(氢原子转移)过程进行，使C(sp³) -H键与芳烃、烯烃甚至末端炔基团相容，同时C(sp³) -H键被裂解形成烷基自由基以进行进一步反应。尽管HAT是各种化学、环境和生物过程中的基本机制，但传统的HAT反应通常需要应用化学计量的HAT前体或苛刻的条件。然而，光催化剂的发展使酮，十钨酸盐阴离子，伊红Y，杂原子自由基，如氧、氮和硫和卤素中心自由基作为高效的HAT催化剂。

在分子内，HAT策略已被用于含有可以产生自由基的导向基团的底物，促进远端C-H键的切割。然而，在温和条件下实现C(sp³) -H键的分子间均解通常需要使用高活性的HAT试剂，这些试剂往往表现出低区域选择性并导致产物混合物。C(sp³) -H键之间BDE值的微小差异是选择性较差的另一个原因，尽管从热力学上讲，亚甲基或甲基由于其较低的键强度而代表了首选的反应位点。为了解决这个长期存在的问题，一些巧妙的研究使用具有不同空间位阻或不同电子性质的C(sp³) -H键的底物来生成区域选择性的C(sp³) -H功能化产物。然而，实现简单烷烃的选择性修饰，特别是未支链的末端功能化，由于通过HAT从较强的C-H键形成相对不稳定的伯碳自由基中间体，这是一个巨大的挑战。

C(sp³) -H硼化反应的机理图（图源自Science ）

该研究通过FeCl₃光催化实现了不同位阻的未支链烷烃和底物的区域选择性末端C(sp³) -H硼化反应。与传统的金属催化方法不同，该方法能够选择性地功能化C(sp³) -H键，而不是C(sp²) -H键和C(sp) -H键，显示出广泛的官能团耐受性。该策略为通过HAT实现区域选择性C(sp³) -H键功能化提供了一种简单方便的方法，特别是对于具有小程度位阻的挑战性底物。

论文信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj9258