有机硼正离子在烷烃硼基化反应中的应用

Direct functionalization of the C-H bonds of alkanes represents a great challenge for synthetic chemists. Although transition metal (such as Rh, Ir) complexes can be employed as catalysts for borylation of alkanes, the cost and toxicity of the transition metal complexes still need to be addressed. In this project, we will synthesize a series of carboranyl-substituted borenium complexes and study their reactivity against alkanes. Furthermore, we will also explore the possibility of employing these borenium complexes as metal-free catalysts to realize direct borylation or silyation of alkanes. The aim of this project is to discover new pathways for the activation of strong bonds involving main group complexes as well as their potential application in synthetic methodology.

烷烃碳氢键的直接官能团化是合成化学领域中的重要方向，同时也极具挑战性。尽管利用铑、铱等过渡金属催化剂可以实现烷烃的硼基化，但是过渡金属催化剂所带来的成本高、可持续性差及毒性等问题仍是烷烃硼基化反应亟待解决的问题。本项目将设计合成邻碳硼烷基取代的有机硼正离子化合物，通过σ键复分解反应，实现无金属参与的烷烃的硼基化反应。此外，还将以这种硼正离子化合物为催化剂，探索烷烃硼基化和硅基化反应的新途径。本项目旨在拓展非金属参与的惰性键活化的反应模式，为主族元素参与的合成化学的研究提供理论和方法学支持。

在本项目中，我们合成了一系列邻碳硼烷基取代的有机硼正离子化合物，利用其极强的路易斯酸性，实现了甲烷及非芳烃的碳氢键的硼基化反应。此外，我们还通过“路易斯酸-π碱协同”策略，以硼正离子化合物为催化剂，实现了烷基芳烃C(sp2)-C(sp3)键的选择性氢解，并将其应用于聚苯乙烯塑料降解，较温和的条件条件下，把废旧聚苯乙烯高选择性的转化为具有重要工业价值的苯和低分子量的苯基长链烷烃，质量回收率均超过90%。以上的工作丰富了有机硼化学，为有机硼参与的惰性键的活化与转化提供了新的思路。