自由基介导的烷基硼化反应研究

Alky boron compounds are not only useful reagents in organic synthesis but also important sources of small molecule drugs. In this proposal, we will develop radical mediated alkyl borylation reactions using cheap and easily available alkyl compounds as the starting materials. By using the photo-inducted single electron transfer green chemical method, we will develop deoxygenation borylation of alcohols, decarboxylative borylation of alkyl carboxylic acids and C(sp3)-H borylation under mild conditions and provide new synthesis of primary, secondary and even tertiary alkyl boron compounds. At the same time, the enantio selectivity will be controlled by the application of chiral substrates and ligands. Moreover, this study will form the base of the preparation for chiral drugs containing boron atom. Furthermore, the investigations of detail mechanism will be conducted through the determination of parameters such as the quantum yield, chain length and computational chemistry research as well as electron paramagnetic resonance. These methods will provide energy changes of the key steps and information of the key intermediate, especially for the intermediate boron free radical understanding thus laying the foundation for the development of novel radical mediated boronation reactions.

烷基硼化合物不但是有用的有机合成试剂而且是小分子药物的重要来源。本项目计划发展以廉价易得烷基化合物为原料的自由基介导烷基硼化反应。通过使用光诱导单电子转移的绿色化学手段，在温和条件下，实现醇的脱氧硼化反应、烷基羧酸的脱羧硼化反应以及C(sp3)-H键硼化反应，为一级、二级特别是三级烷基硼化合物的快速合成提供新颖的路线。利用上述反应进行天然产物及生理活性分子的硼化修饰。与此同时，通过底物和手性配体等控制硼化反应的对映选择性，为重要的含硼手性药物分子制备打下基础。此外，通过测定反应的量子产率、链长等参数，结合理论计算化学研究和电子顺磁共振等技术手段获取上述反应关键步骤的能量变化和关键中间体信息，特别是对含硼自由基中间体的理解，从而了解反应的具体过程，为发展新颖的自由基介导硼化反应打下基础。

自由基介导的有机反应具有条件温和、官能团兼容性好、操作简便等特点。因而，近年来，基于自由基中间体的合成反应成为有机化学的研究热点之一。本项目主要开展了自由基介导的硼化反应的探索，完成了相关的研究目标。发展了（1）电化学自由基脱羧硼化反应，实现了烷基硼化合物的绿色合成，该反应成功的关键是发现了在电化学条件下能够兼容的联硼酸频哪醇酯作为硼化试剂。该发现可以为探索新颖的电化学硼化反应提供新的思路和借鉴；（2）氯化铜参与、光促进的非活化烷烃C–H硼化反应和光促进氯化铜催化的烷烃C–H/Si–H和烯基硼的自由基加成反应，实现了多种烷基硼分子的新颖合成。同时，我们结合有机电合成化学的研究，还发展了系列自由基介导的电化学合成转化反应，完成了芳香二酮分子的电化学合成新方法、实现了硫酚到芳香三氟硫甲基分子和芳香亚磺酸酯在无外加氧化剂条件下的绿色、高效合成，丰富了自由基化学领域的研究内容，为发展新颖自由基反应的研究打下基础。在本项目的支持下，共发表了SCI标注的研究论文6篇，获授权发明专利3件。