有机硼取代的卡宾化合物在受阻路易斯酸碱对化学中的应用

The activation of small molecules is an important area for organic chemistry. With emerging of “Frustrated Lewis Pair” chemistry as a new field in organic chemistry, it provides new strategies for small molecule activation. This project will focus on the synthesis of boryl-substituted carbene compounds. As intramolecular frustrated Lewis pair, such compounds are expected to activate a series of small molecules. Furthermore, these compounds will also be used to prepare metal complexes containing both L and Z type ligands, which can be potentially applied as catalyst in organic synthesis. The aim of this project is to extend the modes of small molecule activation, and to open new avenues for main-group catalysis.

小分子的活化是有机化学研究中的重要方向。“受阻路易斯酸碱对”作为有机化学中新兴的研究领域，为小分子的活化提供了新的策略。本项目将设计合成有机硼取代的卡宾化合物，通过其构成的分子内“受阻路易斯酸碱对”，实现无金属参与的小分子的活化。此外，还将以这种“受阻路易斯酸碱对”为配体合成同时具有Z型和L型配体的过渡金属化合物，并探索它们在有机合成中的应用。本项目旨在拓展非金属参与的小分子活化的反应模式，为主族元素催化反应的研究提供理论和方法学支持。

在本项目中，我们合成了一系列氮杂环卡宾稳定的的有机硼正离子化合物，并研究了它们与氢气、硅烷、环丙烷等小分子的反应活性。其中硼基取代的卡宾硼正离子化合物可以在-40°C实现氢气的活化，这是目前有机硼化合物活化氢气的最低温度。碳硼烷基取代的卡宾硼正离子化合物可以和三乙基硅烷在室温下形成稳定的σ键配合物，从而首次实现高价σ键配合物的结构表征。碳硼烷基取代的卡宾硼正离子化合物还可以催化环丙烷的氢解反应，将σ键复分解反应拓展至极具挑战性的碳碳键活化中。此外，我们还合成了一类新型的氧桥联的分子内FLP，并对其在小分子活化中的应用进行了比较系统的研究。以上的工作丰富了卡宾-有机硼化学，为有机硼参与的共价键的活化提供了新的思路。