利用有機硼化合物和可見光進行有機合成的新方案

來源：金澤大學（Kanazawa University）

摘要：

烷基自由基的産生是通過直接可見光激發有機硼酸鹽絡合物來實現的，該絡合物是由“硼烯”設計和合成的，硼烯具有類似于四烯的骨架中的硼原子。由此獲得的烷基自由基可作為化學反應的碳源，從而合成複雜/笨重的有機化合物。本研究為有機合成提供了一種新的方法，有望加速藥物的發現。

[背景]

烷基自由基是正鍊和支鍊烷烴的碳自由基，即使在合成後期也可用作反應中間體。最近，在可見光照射下，利用含有有機化學品（自由基前體）的光催化劑在溫和條件下生成烷基自由基已成為可能（圖1A）。然而，由于許多光催化劑價格昂貴，而且需要考慮催化劑本身的氧化還原過程，化學轉化可能變得複雜。因此，考慮到有機化學品本身的光物理性質，報告了通過直接可見光激發生成烷基自由基的新方法（圖1B）。這是一種不用光催化劑的極好方法。盡管如此，就可以産生的碳自由基種類而言，還是有局限性的。例如，很難産生大量的叔烷基自由基和不穩定的甲基自由基，它們是化學反應的有用碳源。此外，碳自由基的産生與大分子量的廢棄化學品的産生是有問題的。

[結果]

由Ohmiya教授（包括研究生）領導的金澤大學研究小組與日本裡肯/東京醫科大學和牙科大學的科學家合作，成功地産生了具有高化學反應性的碳自由基。他們利用最新的測量技術，充分利用各種最新的測量技術，對以“硼烯”為原料，在四烯骨架中含有硼原子的有機硼酸鹽配合物進行了合理而精确的設計。這樣設計和合成的有機硼酸鹽絡合物能夠吸收可見光，在沒有光催化劑的情況下在藍色LED照射下産生烷基自由基（圖2）。

本研究成功的關鍵在于烷基親核試劑與“硼烯”反應制備的有機硼酸鹽配合物，其中苯并[fg]四烯*2）骨架的三個碳原子被一個硼原子和兩個氧原子取代，在吸收可見光時引起碳-硼鍵的均裂斷裂（圖2C）。由可見光激發的有機硼酸鹽絡合物将一個電子轉移到另一個反應物或直接誘導均裂裂解生成烷基自由基。該工藝效率高，能産生大量的叔烷基自由基和不穩定的甲基自由基，但這些自由基的産生難以控制。用本方法生成的烷基自由基可作為化學反應的碳源。例如，它被應用于去氰基化、自由基加成（如Giese加成）和鎳催化的交叉偶聯以合成具有複雜結構的化合物（圖3）。應特别提及的是，本方法中使用的有機硼酸鹽絡合物可通過将烷基親核試劑與化學反應後回收的硼烯反應而重複使用。

[未來前景]

本研究使由“硼烯”制備的有機硼化合物*4）直接可見光激發，成功地生成了多種烷基自由基。本方法生成的烷基自由基可作為化學反應的碳源，用于合成迄今為止難以實現的複雜和/或大體積有機化合物。目前的研究成果代表了一種有機硼化合物與光能結合的新型有機合成方法，有望加速合成，例如在藥物發現研究中。從理論上講，可見光引發碳-硼鍵均裂的反應過程為新的分子轉化技術提供了框架。

傳統方法與現行方法的比較