湾豆说：烯基硼烷是有机合成中一类重要的中间体，钌催化炔烃的硼氢化反应为烯基硼烷的合成提供了重要的途径。尽管目前对单独的酮或者炔烃化合物的氢官能团化反应及其机理研究已经十分成熟，却对炔酮的硼氢化反应鲜有报道。近期，香港科技大学孙建伟教授课题组与深圳湾实验室吴云东院士/张欣豪研究员、哈尔滨工业大学（深圳）宋利娟博士课题组协力合作，发现了一类以炔酮化合物为底物，效率高、条件温和、具有高选择性的新型硼氢化反应。相关研究成果以“Ru-Catalyzed Hydroboration of Ynones Leads to a Nontraditional Mode of Reactivity”为题发表在Journal of the American Chemical Society 上。

目前存在很多优异的催化体系针对单独的酮或炔烃的硼氢化反应[图1（a）]，对反应机理的研究也比较成熟，但是对炔酮化合物的硼氢化研究却鲜有报道[图1（b）]。令人惊喜的是，在钌催化剂的作用下，炔酮发生了新型硼氢化反应，构建了一类结构特殊且具有合成应用价值的α-羟基烯丙基硼酸酯化合物。该反应模式不仅效率高、底物范围广、反应条件温和，而且具有高区域选择性、高化学选择性以及高立体选择性的特点[图1（c）]。



图1. 酮/炔烃/炔酮的硼氢化反应介绍（来源：Journal of the American Chemical Society）

作者对多种钌催化剂、催化剂当量、反应溶剂等条件进行了系统研究而得到理想的反应条件后，进而对该反应的普适性进行了研究。通过引入了诸如醚、硅醚、缩醛、酯、甲磺酸、邻苯二甲酰亚胺、腈基、卤素、氨基甲酸酯、烯烃、醇等一系列官能团，发现反应具有很好的官能团普适性。此外，该反应还能很好地兼容具有一定空间位阻的炔酮底物（图2）。



图2. 反应适用范围研究（来源：Journal of the American Chemical Society）

该研究对反应机理进行了实验方面的探索。首先，通过原位核磁检测，作者发现双硼化学物3b为该类反应的实际产物。3b在后处理过程中脱硼质子化而产生最终的α-羟基烯丙基硼酸酯产物。同时，在标准条件下，炔丙基醇9与频哪醇硼烷反应并没有得到对应的α-羟基烯丙基硼酸酯产物，由此表明反应并没有经历产生炔丙基醇中间体的过程。此外，利用氘代硼烷实验发现了α-羟基烯丙基硼酸酯产物双键上的两个氢均来源于频哪醇硼烷，从而表明了反应经历了两次的硼氢化过程（图3）。



图3. 控制实验（来源：Journal of the American Chemical Society）

通过控制实验结果，作者提出了可能的反应历程（图4）。为了进一步探究反应机理，吴云东院士/张欣豪研究员和宋利娟博士课题组对此进行了理论计算研究。结果表明，该反应涉及两步硼氢化反应。在第一个硼氢化反应中，相较于传统的1,2-碳基加成或者三键加成，经由1,4-共轭加成从而获得联烯中间体的途径具有更低的反应能垒（图5）。实验也间接证明了联烯中间体的存在。随后，在钌催化剂的作用下，进一步发生第二个硼氢化反应，在氢键和位阻的共同作用下，实现了较好的区域选择性和立体选择性（图6）。



图4. 可能反应机理（来源：Journal of the American Chemical Society）



图5. 第一步硼氢化反应（来源：Journal of the American Chemical Society）



图6. 第二步硼氢化的立体选择性决定步骤（来源：Journal of the American Chemical Society）

综上所述，香港科技大学孙建伟教授课题组、深圳湾实验室吴云东院士/张欣豪研究员团队以及哈尔滨工业大学（深圳）宋利娟博士课题组协力合作，发现了一类全新的钌催化炔酮硼氢化反应。反应具有很好的官能团兼容性以及专一的化学选择性、区域选择性和立体选择性。该方法不仅在温和条件下高效率地实现了以往从未报道的α-羟基烯丙基硼酸酯的构建，而且提出了一种新颖的1,4-共轭加成反应路径。

研究工作实验部分由香港科技大学冯强博士完成，理论计算部分由香港科技大学、深圳湾实验室联合培养博士生李诗佳完成。

原文信息：

Ru-Catalyzed Hydroboration of Ynones Leads to a Nontraditional Mode of Reactivity

文章来源 | CBG资讯