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  1985年,Mannig和Noth^[4]报道了首例铑催化烯烃的马氏氢硼化反应. 1988年,Burgess等^[5]报道了首例金属催化的不对称烯烃氢硼化反应,使用环辛二烯氯化铑作为金属盐,DIOP或BINAP为配体,取得了最高76%的对映选择性. 自此之后,金属催化的烯烃的加成硼化反应逐渐受到有机化学家的关注,近年来成为一个热门的研究方向. 目前已经报道可以催化烯烃的加成硼化的金属有多种,包括铑、铱、钯、铂、钴、铜等,但其中铜催化的该类反应因其体系底物广谱和金属便宜,尤为引人注目.

  有机硼酸化合物是重要的有机合成砌块,硼酸作为羧酸类似结构,常被用作羧酸药物的羧基的替代,如肽类似物^[1]. 碳硼键可以经过已知反应转化为各类不同的官能团(Scheme 1)^[2],这对于药物的高通量筛选具有重要的应用价值. 正因为如此,科学家开发了多种多样的构筑碳硼键的方法,有碳卤键硼化反应、碳氢键硼化反应及烯烃的加成硼化反应等^{[2, 3]}. 其中,由于烯烃的加成硼化反应底物易得且类型多样,反应模式多变,得到了有机化学家的广泛关注.

  本文对铜催化烯烃的不对称加成硼化反应进行了较为详细的介绍. 根据烯烃底物类型及反应类型对该类反应进行了梳理,总结了铜催化的烯烃的不对称加成硼化反应的研究现状,介绍了不对称硼氢化反应及其串联反应,以及包含硼化的烯烃的不对称双官能团化反应. 对以上反应的机理进行了阐述,并对今后铜催化烯烃的不对称加成硼化反应的发展方向进行了展望.

  

  图图式 1 含硼化合物的合成、衍生及相关药物

  Figure 图式 1. Synthesis and derivation of compounds containing boron and its corresponding drugs

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  1    铜催化不对称1,4-加成硼氢化反应

  铜催化的烯烃的不对称加成硼化反应研究较多,根据底物的不同大致可分为缺电子烯烃的硼化反应及富电子烯烃的硼化反应,羰基类底物(醛、亚胺等)不在本文的综述范围内. 首先介绍研究较多的缺电子烯烃的不对称加成硼化反应.

  

  图1 应用于铜催化硼氢化反应的手性卡宾配体

  Figure 1. Chiral NHC ligands for Cu-catalyzed hydroboration

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  2009年,Guiry小组^[8]报道了一例轴手性膦氮配体促进的铜催化的甲基取代的α,β-不饱和酯的硼氢化反应,作者设计了一系列相关配体,最终发现最简单的Quinap配体效果最好,但ee值最高仅为79% (Eq. 3). 该工作的重要意义在于发现膦氮配体对该类反应也有促进作用,对其它该类反应的筛选具有借鉴意义.

  除以上的酮、酯、酰胺等底物外,不饱和磺酰及磷酰类底物也是非常有用的底物,所得的产物是重要的合成中间体. Carretero等^[24]报道了磺酰底物的不对称硼氢化反应,使用Taniaphos或Josiphos,高选择性地得到产物,所得产物经氧化得手性β-羟基磺酰类化合物(Eq. 11). Feringa和Hornillos等^[25]则报道了不饱和磷酰类底物的不对称硼氢化反应,对于直链烷基取代的底物都可以取得很好的对映选择性(Eq. 12). 磷硼化合物是研究热门的受阻路易斯酸碱对(Frustrated Lewis Pair),该方法为这类化合物的合成提供了一条有效途径.

  Hoshimi及Miyaura课题组^[6a～6c]分别于2000年报道了铜催化的缺电子烯烃与双(频哪醇合)二硼试剂的加成反应. 2005年,Sadighi小组^[6d]使用卡宾配体,将叔丁氧基铜与双(频哪醇合)二硼反应,巧妙地得到了铜硼物种的单晶结构,直接证明了该物种的存在. 虽然存在反应活性和底物适用性等不足,但这些启发性工作为该反应的发展奠定了基础. 在这之后,科学家发展了一系列不同的手性配体和催化体系用于该类反应,都取得了较好的催化效果和选择性.

  Yun等通过氘代甲醇证明了烯醇铜物种的存在,结合Lin等^[7d]的关于铜催化双(频哪醇合)二硼对醛加成反应的机理计算研究,Yun提出的该反应的机理为(Scheme 2): 在碱存在下,CuCl转化为CuOBu-t,再与一分子的B₂Pin₂及一分子的DPEphos 配体形成了双膦配体与铜的硼基配合物,该化合物是反应中起到关键催化作用的活性中间体. 它与α,β-不饱和化合物发生共轭加成,形成了有机铜化合物. 然后,在甲醇的作用下,得到硼氢化产物及铜的甲醇化物. 铜的甲醇化物再被一分子的B₂Pin₂激活,形成反应中催化剂的活性中间体,而且继续完成催化循环. 该报道中一个重要的发现是醇类添加剂可以促进该反应. 之后的很多报道都借鉴了这一发现. Yun小组的一系列先驱性工作为化学家对该反应的进一步研究起到了促进作用.

  水作为溶剂是绿色化学的一个重要标志. Kobayashi小组^[22a]使用联吡啶手性二醇作为手性配体(Eq. 10),实现了以水为溶剂的铜催化不饱和羰基化合物的不对称硼氢化反应,经氧化得到手性β-羟基酮或酯类化合物. 值得注意的是,该反应体系所使用的铜为二价铜,这有别于其它报道. 无需碱及醇作为添加剂,反而需要添加催化量的醋酸. 使用查尔酮为底物时,可以取得99%的ee值,使用三取代烯烃时,可以得到ee为97%的手性叔醇. 2013年,该小组^[22b]进一步拓展了该催化体系的应用范围,使用α,β,γ,δ-不饱和二烯酮或酯或环酮为底物,加成反应可以选择性地发生在β位,对映选择性也都较好,普遍在85%以上. 2014年,该体系又被应用于Eq. 9中所示底物,也取得了很好的效果^[22c]. Kobayashi小组^[22d]发展的二价铜催化体系也可以在有机溶剂中催化该类反应. Časar等^[22e]也发展了一例水相体系,使用的是二价铜及二茂铁类双膦配体,取得了很好的效果,这里不再详述.

  以上铜催化加成反应的缺电子烯烃底物为β位单取代或双取代,α位没有取代基. 当α位有取代基时,所得产物将具有两个手性中心,但由于α位的手性将是质子化产生的,所以难以控制.

  Hong小组^[16]报道了一例基于异喹啉结构的手性卡宾配体. Ma及Scheidt 小组^[17]则各自设计了基于环蕃结构和二茂铁结构的面手性卡宾配体. Wang小组^[18]则设计了β-蒎烯衍生的四氢喹啉类卡宾配体. Sawamura小组^[19]在手性卡宾配体中引入了磷酸基团,可以在α,β-不饱酯的不对称硼化反应中得到优良的催化活性和选择性.

  2010年,Shibasaki小组^[11]又报道了手性二仲胺配 体/铜配合物催化的β-双取代链状酮底物与双(频哪醇合)二硼的不对称加成反应(Scheme 3). 最高可取得99%的ee值,产率普遍在80%以上. 该报道的一大亮点在于催化机理不同以往. Shibasaki等设想,二胺配体在碱性条件下与双(频哪醇合)二硼发生反应,生成A,反应过程中氨基可能辅助了转金属过程. A与底物结合成B,发生硼化反应后生成C,C与醇质子化生成产物,再与双(频哪醇合)二硼发生胺基辅助的转金属过程生成A. 根据该机理,应该可以设计出多种更高效的配体,非常值得期待.

  2010年,Hoveyda等^[13a]报道了卡宾配体促进的铜催化的β-双取代链状底物与双(频哪醇合)二硼的不对称加成反应,构建手性四取代碳,最高取得了98%的ee值 (Eq. 8). 该反应充分证明了手性卡宾配体在该类反应中的优良性能. 以NHC2为卡宾配体,底物适应性很广. 当以β-取代不饱和乙酯为底物,对于双键上的取代基来说,不管是芳基还是烷基,只要两者区别性较大,都可以取得较好的结果. 大部分底物可以以80%～98%的产率得到手性四取代碳的反应产物,而且,通过改变反应底物的E/Z构型,可以实现反应产物的R/S构型的控制. 其中一例S构型产物,以Z构型的β-取代不饱和乙酯为底物,产率及ee值分别为71%和84%. 另外,β-取代不饱和酮和β-取代不饱和硫醇酯为底物的产率也高达90%. 以β-取代不饱和酮为底物时ee值稍差,甲基酮可以达到84%的ee值; 而β-取代不饱和硫醇酯为底物时最高可达98%的ee值. 同年,Hoveyda小组^[13b]也报道了相似催化体系在缺电子烯烃不对称硅化中的应用,也取得了较好的效果和较广的底物适用性. 几乎与此同时,Yun课题组^[14]也在自己工作的基础上再次报道了β-双取代链状底物的硼氢化反应,使用QuinoxP*和Me-Duphos都能取得很好的对映选择,但Me-Duphos的活性更高. 对于酯及腈类底物,产率一般都在85%以上,ee值最高可达94%. 但对于不饱和酮类底物,所得产物的对映选择性一般.

  

  图图式 3 二胺配体/铜催化α,β-不饱和化合物的硼氢化反应

  Figure 图式 3. Diamine/Cu-catalyzed hydroboration of α,β-unsa- turated compounds

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  随着卡宾配体适用于该类反应的发现,一系列新颖的手性卡宾配体被合成出来,并被应用于铜催化的硼氢化反应中(图 1). McQuade等^[15a]设计开发了六元环卡宾配体,Sun等^[15b]也开发一类不同的六元环卡宾配体.

  2009年,Fernández小组^[12]率先在铜催化缺电子烯烃的硼氢化反应中引入了手性卡宾配体,在叔丁醇钠的促进下,常温下可实现α,β-不饱和酯的硼氢化反应(Eq. 7). 硼化产物可以极高的收率和中等的对映选择性获得目标手性酯. 该工作说明对于铜催化缺电子烯烃的硼氢化,手性卡宾配体是一类潜在的优良配体.

  Hall等^[26]报道了以硼取代的不饱和酯为底物,通过铜催化硼氢化反应制备了ee值高达99%的双硼化合物,从而可以进行选择性偶联构建碳链的同时获得高对映选择性的手性醇或者手性酰胺类化合物. 第一步的偶联反应对偶联片段的官能团兼容性良好,如含有芳环、噻吩、取代双键、端烯、缩醛、硅基等的偶联试剂,大部分可以取得95%以上的ee值(Scheme 6). 该反应为手性双硼类化合物的不对称合成提供了一条思路.

  单齿配体中除卡宾外,单膦配体也被经常用于不对称催化反应. 2012年,Fernández小组^[20a]首先将手性亚磷酰胺配体应用于铜催化缺电子烯烃的硼氢化反应中 (Eq. 9). 所适用的底物是α,β-不饱和亚胺. 但该类配体对于α,β-不饱和酯、醛及腈的手性诱导效果较差,仍需要寻找合适的手性骨架^[21]. 对于α,β-不饱和亚胺而言,Fernández小组^[20b,20c]在之前的报道中已经使用Josiphos或Taniaphos取得了很好的效果,ee值高达99%. 产物可一锅法转化为顺式或反式手性氨基醇类化合物,是一种高效合成该类化合物的方法.

  

  图图式 7 铜催化α-位取代的不饱和羰基底物的硼氢化反应

  Figure 图式 7. Cu-Catalyzed hydroboration of α-functionalized α,β-unsaturated carbonyl substrates

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  在上面所述的Fernandez小组^[12]于2009年的报道中 (Eq. 7),也研究了α,β-双甲基取代的α,β-不饱和酯的硼氢化反应,但反应效果并不理想. 2014年,Lin小组^[27]报道了首例α位取代的缺电子烯烃底物——脱氢氨基酸底物的高对映选择性硼氢化反应(Eq. 13),所得产物具有两个手性中心. 使用二茂铁膦-噁唑啉FOXAP为手性配体,可以得到98%的对映选择性,该方法为多手性中心氨基酸的合成提供了新的思路. 但是氨基位的手性没有得到很好的控制,所以dr值仍不理想.

  

  图图式 5 一锅法实现β-硼化及Wittig反应

  Figure 图式 5. Multicomponent reaction through a β-boration/Wittig sequence

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  手性四取代碳的构建具有重要意义,但缺乏有效的方法. 2009年,Shiabasaki小组^[9]报道了使用QuinoxP*作为手性配体,铜催化β-取代环烯酮与双(频哪醇合)二硼的加成反应,构建了手性四取代碳,取得了最高98%的对映选择性(Eq. 4). 对于不同母环结构的β-取代环烯酮,在一定条件下基本都可以取得高于90%的对映选择性. 对于β-取代环己烯酮,取代基的兼容性良好,不仅不同电性及位阻的芳基取代的底物可以取得高达93%～98%的ee值,而且烷基取代的底物也可以取得高达94%的ee值. 紧随其后一个月,Yun小组^[10]报道了β-无取代基的环烯酮或不饱和内酯的不对称硼化反应,所使用的配体为Taniaphos,ee值最高可达99% (Eq. 5). 但对于β-取代的不饱和内酯,效果并不理想,将配体更换为Tangphos及Me-Duphos时,表现出较好的活性和选择性(Eq. 6).

  

  图图式 6 1,1-双硼化合物的合成及其交叉偶联

  Figure 图式 6. Synthesis and cross-coupling of 1,1-diboron compounds

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  图图式 4 小分子胺催化与铜催化的共催化硼氢化反应机理

  Figure 图式 4. Mechanism of hydroboration catalyzed by chiral amine and copper catalyst

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  图图式 2 铜催化α,β-不饱和化合物的硼氢化反应机理

  Figure 图式 2. Catalytic cycle of Cu-catalyzed hydroboration of α,β-unsaturated compounds

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  Ibrahem和Córdova等^[23]报道了一类有趣的小分子催化与铜催化的共催化加成硼化反应. 利用小分子胺催化剂与α,β-不饱和醛生成亚胺来活化底物并控制手性,铜催化剂催化引入硼亲核试剂,发生插入后再质子化中间体并水解亚胺即得硼化的产物(Scheme 4). 将手性醛产物进行一锅法Wittig反应,可得手性δ-硼-α,β-不饱和酯,所得产物类似于1,6-加成反应(Scheme 5). 该反应提供了一种新的硼化的催化模式,期待更多小分子催化与金属催化结合应用于该反应.

  2016年,Xie和Li小组^[28a]基于该小组之前发现的无需碱添加剂的催化条件,实现了α位手性的控制(Scheme 7). 该小组认为铜配合物二聚会使得催化活性降低,所以使用弱碱性的阴离子OTf可以减少二聚,从而提高活性. 对于活性更低的α位取代底物,该小组^[28b]进一步使用了碱性更弱且位阻更大的阴离子NTf₂,并且使用膦氮配体(S)-(R)-N,N,-二甲基-α-乙胺基-二苯基膦基-二茂铁(PPFA),大大提高了反应活性. 之所以能够取得较好的非对映选择性,作者根据实验推测,原因是使用了位阻较大的配体及阴离子封闭了烯醇酮物种的氧质子化. 当使用酸性太强的质子源时,会倾向于氧质子化得顺式产物(如六氟异丙醇,dr＝1:1.5),从而降低非对映选择性,当使用位阻大酸性较弱的质子源时倾向于碳质子化(得顺式产物),从而得到较好的非对映选择性,如叔丁醇. 但对于非脱氢氨基酸类底物,使用叔丁醇作为质子源时活性较低,使用三氟乙醇则兼顾了活性和非对映选择性. 另外,重要的是,在室温或-20 ℃下,叔丁醇钾可以使产物的α位消旋化,以低的dr值得到以反式为主的产物. 而在TFE或者叔丁醇且无叔丁醇钾下,则以高的dr值得到顺式产物. 该反应的底物适用性很广,α位的取代基可以是甲基、酰胺基、甲氧基、氯等,底物也可以是环外烯烃的环状酮.

  2015年,Ito小组^[29]报道了一例铜催化吲哚衍生物的不对称硼氢化反应,能够获得含两个相邻手性中心的吲哚啉类化合物,类似于氨基酸结构(Eq. 14). 由于是环状化合物,所以较易获得好的非对映选择性. 这类化合物是天然产物和药物活性分子的重要骨架结构. 该反应以1,3-双(二苯基膦)丙烷衍生的手性双膦化合物为配体,最高能获得95%的收率,97:3的dr值以及97%的ee值. 在底物的拓展方面,主要是对吲哚环上的取代基进行了考察. 当吲哚5位无论是供电子基还是吸电子基时反应都能顺利进行,并且获得优异的对映选择性控制(92%～97% ee). 当吲哚6位为溴或甲氧基时分别得到86%和93%的ee.

  2006年,Yun等^[7a]首先报道了一例高效的铜催化α,β-不饱和化合物的硼氢化反应(Eq. 1). 通过添加甲醇促进了整个反应进程,从而实现了以DPEphos为配体,双(频哪醇合)二硼(B₂Pin₂)为硼源,对一系列底物的高效的硼氢化反应(产率90%～98%). 更进一步,使用Josiphos为配体实现了腈基底物的不对称催化反应,所得硼化物直接被氧化为羟基化合物,取得了82%的对映选择性. 在此基础之上,Yun课题组^[7b,7c]进一步优化了反应体系,对配体及各试剂用量进行了精确筛选,最终使用Josiphos或Mandyphos为配体实现了α,β-不饱和酯、腈及酮的高效不对称硼化反应(Eq. 2). 烷基及芳基取代的这些α,β-不饱和化合物都可以实现高对称选择性的控制.

  2    铜催化不对称1,6-加成硼氢化反应

  2015年,Liao等^[31]实现了一系列芳基取代的对亚甲基苯醌底物的不对称1,6-加成硼化反应(Eq. 16),所使用的配体为该课题组开发的手性亚砜-富电子膦配体,当底物为2-噻吩取代时,可以得到最好的反应效果(产率96%,96% ee). 但该方法仍有一些局限性,如芳基邻位取代的底物及醌氧邻位两个取代基位阻较小的底物的对映选择性较差,而烷基取代对亚甲基苯醌底物则没有报道. 2016年,Tortosa小组^[32]使用Xyl-Segphos配体较好地克服了这些问题,当使用甲基取代的二叔丁基对亚甲基苯醌时,对映选择性也可达86%,产率为76% (Eq. 17). 该两例反 应为手性二芳基取代化合物的快速多样化合成提供了一种简便方法.

  2014年,Lam等^[30]在1,6-加成硼化反应中,以0.2 mol%的催化剂用量实现了较广的底物实用性(Eq. 15). 1,6-加成硼化产物经过进一步氧化以高达96%的ee值得到手性烯丙醇化合物,底物对官能团的兼容性良好,含有胺类取代基、硅氧基、卤代烷烃等的底物都可以取得良好的对映选择性.

  区域选择性是有机化学方法学研究的一个基本问题. 烯烃加成硼化反应的区域选择性控制的研究还很少. 从Eq. 10也可以看出,1,4-加成更容易发生. 2014年以来,Lam,Liao和Tortosa等分别报道了不同底物的不对称1,6-加成硼化反应,都取得了较好的结果.

  3    铜催化富电子烯烃的1,2-不对称硼氢化反应

  3.1    简单富电子烯烃的不对称硼氢化反应

  对于铜催化的缺电子烯烃的不对称硼氢化反应,许多有机化学家都做出了杰出的工作. 富电烯烃与缺电子烯烃同样易得,且有大量衍生. 而铜催化的供电子烯烃的不对称加成硼化反应也有所发展,但底物类型相对较少.

  

  图图式 8 铜催化苯乙烯类底物的氢硼化反应机理

  Figure 图式 8. Mechanism of Cu-catalyzed hydroboration of styrenes using hydroboron

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  2013年,Ito等^[36]报道了铜催化的烯基硅烷与双(频哪醇合)二硼的不对称硼氢化反应,高对映选择性地构建含有相邻硅基团的手性硼酯类化合物,最高取得了97%的ee值(Eq. 21). 该反应以BenzP*为手性双膦配体,对一系列的烷基取代的烯基硅烷进行了拓展. 例如,当取代基R为CH₂CH₂Ph,Me和n-Bu时能够获得优异的ee值,分别为97%,94%,94%. 当取代基R为CH₂Cy时反应受阻,仅获得58%的收率和89%的ee值,这可能是因为双建上的环己基的空间位阻较大影响了反应活性和手性的控制. 当取代基中含有氯时能获得81%的收率和95%的ee值. 当取代基为氮保护的吲哚时,反应能够顺利进行并获得令人满意的结果. Hoveyda等^[37]也报道了类似的反应,使用手性卡宾作为配体,底物为反式烯基硅烷(Eq. 22). 当取代基为烷基时,与Ito报道的结果相同,得到β位硼化产物,而当取代基为芳基时,他们发现得到的主产物为α位硼化产物,ee值达96%,选择性达92/8.

  上面所使用硼源为硼烷,而双(频哪醇合)二硼也同样易得便宜且稳定,在铜催化的烯烃硼化反应中,该类硼源更常被使用. Hoveyda小组^[34]于2009年发现,使用手性氮杂卡宾类配体时,可以实现铜催化的富电子烯烃的不对称硼氢化反应(Eq. 18). 对于α-取代的苯乙烯类底物,ee值最高可达93%,对于β-甲基苯乙烯,则取得了98%的ee值(Eq. 19). 反应中氢源为甲醇质子,且所得为反马式产物.

  进一步,Hoveyda课题组^[35]利用相似体系,实现了炔烃的双硼化制备手性双硼烷化合物,以最高达95%的ee值得到目标产物(Eq. 20). 炔烃的双硼化的实质为两次碳碳双键的硼氢化反应. 端炔的取代基可以为长链烷烃,卤代烷烃、醚、部分保护的氨基等取代的长链烷烃,芳基等. 该反应为手性双硼化合物的合能提供了一个极为简便的途径,可进一步合成一系列双官能团化合物.

  铜催化富电子烯烃的硼化,以硼烷为硼源发生氢硼化的反应有所报道^[33]. 该反应的机理为(Scheme 8): 铜和配体形成的叔丁醇化物与频哪醇硼烷形成铜氢物种,与烯烃加成得到有机铜化合物,该中间体存在可逆的β-氢消除反应. 有机铜化合物进一步与频哪醇硼烷反应得到氢硼化目标产物,同时又生成了活性的铜氢物种,从而继续下一个催化循环. 由于机理是氢先加成到双键上,该类反应不在本文的探讨范围之内.

  3.2    铜催化二烯及联烯的不对称硼氢化反应

  Hoveyda,Tsuji及Ma等^[39]课题组发现,联烯做为底物时,铜催化的硼氢化反应所得产物为烯硼酯化合物,即硼加成在中间碳原子上. 有趣的是当使用单膦配体或小位阻卡宾时,产物为双取代烯烃; 而当使用联苯双齿膦配体或大位阻卡宾配体时,所得产物为单取代烯烃. 即质子化烯丙基铜物种时发生在不同的位置. Hoveyda小组^[40]进一步实现了联烯的不对称硼氢化反应. 相比于双膦配体,该课题组开发的手性卡宾配体再次表现出优良的性能(Scheme 10). 对一系列烷基芳基双取代的联烯底物可以取得较好的对映选择性,普通在85%以上. 但当两取代基位阻差别小时,如异丙基和苯基,选择性和产率都略差一些. 另外,一例甲基硅基取代的联烯也被用作底物,得到96%的收率和90%的ee值.

  二烯及联烯类底物便宜易得,是重要的基础化工原料. 以这两种底物进行硼氢化反应,可以得到烯基硼、烯丙基硼或高烯丙基硼类化合物,都是重要的合成砌块.

  

  图图式 10 铜催化联烯的不对称硼氢化反应

  Figure 图式 10. Cu-catalyzed asymmetric hydroboration of dienes

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  图图式 9 铜催化共轭二烯的硼氢化反应机理

  Figure 图式 9. Mechanism of Cu-catalyzed hydroboration of conjugated dienes

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  2010年,Ito等^[38]报道了铜催化的双(频哪醇合)二硼与1,3-二烯的不对称硼氢化反应,构建了手性高烯丙基硼类化合物,最高取得了97%的ee值. 该反应以Duphos为手性双膦配体,对环状二烯表现出很好的对映选择性(Eq. 23),但对于链状二烯效果并不理想. 有趣的是,对于七元环底物,通过改变反应的醇添加剂,溶剂和温度,可以调控生成烯丙基硼产物或高烯丙基硼产物,选择性较好,ee值也较好(Eq. 24). 对于环戊二烯底物,通过改变温度即可调节,低温下主要生成烯丙基硼产物,高温下主要生成高烯丙基硼产物,且烯丙基硼产物的ee值很高(Eq. 25). 作者推测在低温下,原位生成的邻硼基烯丙基铜物种不易转化为热力学稳定的烯丙基硼铜物种,经S_E2'质子化得烯丙基硼产物. 高温下则转化为热力学稳定的烯丙基硼铜物种,经S_E2'质子化得高烯丙基硼产物(Scheme 9).

  3.3    铜催化杂环烯烃的不对称硼氢化反应

  Eq. 14中介绍了Ito报道的吲哚的硼氢化反应,该课题组对其它杂环的硼氢化反应也有所研究. 2016年Ito等^[41]报道了一例光学活性的3-硼-四氢吡啶类物质的新型合成方法(Scheme 11). 首先是用硼氢化钠等对吡啶进行脱芳构化反应,接着利用铜作为催化剂,(R,R)-QuinoxP*为配体对二氢吡啶进行硼氢化反应,最高能得到93%的收率和99%的ee值. 在最优条件下拓展了底物范围,当二氢吡啶环上没有取代基时得到99%的ee值. 当二氢吡啶环6位上是甲基或丙基取代时反应活性有所下降, 对映选择性也有略微降低(92% ee & 97% ee). 当4-芳基-二氢吡啶作为底物时,无论苯环上是供电子基还是吸电子基都能获得优异的收率和ee值,同时获得大于94:6的dr值. 值得一提的是当二氢吡啶环3位有取代基时,反应无法进行. 该方法可用于合成多种手性哌啶类药物,具有很强的实用性.

  同年,该小组^[42]将吡啶底物的范围拓展到了富电子的二氢喹啉,与催化二氢吡啶硼氢化反应的条件相同,最高能获得78%的收率和98%的ee值(Eq. 27). 在底物拓展方面,无论二氢喹啉环上是供电子基还是吸电子基反应都能进行,并且能够实现较优的对映选择性控制. 当R¹上为F或Cl取代时只能得到69%～73%的ee值,在反应中用(R,R)-BenzP*代替(R,R)-QuinoxP*能够圆满地解决这一问题,分别获得97%和96%的ee值. 但当R¹上为NO₂取代时仅获得17%的收率,68%的ee值. 当R²上为Me或Br取代时,反应的收率有所损失,同时ee值也会有所下降. 该反应为3-位手性四氢喹啉类化合物的合成开拓了一种新的便捷途径.

  杂环化合物广泛存在于天然产物和药物当中,该类化合物的合成一直以来都受到化学家的关注. 硼氢化反应可为杂环化合物的多样化合成提供高效的方法.

  

  图图式 11 铜催化的二氢吡啶的硼氢化反应

  Figure 图式 11. Cu-catalyzed hydroboration of dihydropyridines

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  3.4    铜催化环丙烯的不对称硼氢化反应

  手性环丙烷是一类重要的医药骨架. 环丙烯具有很强的张力,有释放张力生成环丙烷的强烈趋势,因此其烯烃的活性一般高于普通的烯烃. Tortosa小组^[43]于2014年报道了一类环丙烯的不对称硼氢化反应,使用DTBM-Segphos为手性配体,实现了一系列手性硼代环丙烷的制备,ee值及dr值都普遍较高(Eq. 28). 杂环芳基及苯甲基取代等取代的底物都可以被催化得到相应产物.

  同年,Lin小组^[44]报道了一类烷氧羰基取代的环丙烯的不对称硼氢化反应,使用Bianp为手性配体时,得到的催化效果最佳,一系列芳基烷氧羰基双取代的环丙烯皆可反应得到目标硼氢化产物(Eq. 29). 吸电子基取代芳基的底物活性略高,而芳基换为烷基时,反应不能发生. 芳基换为烷氧羰基时,反应产率很低. 同时值得注意的是,该报道中诱导的手性碳硼键与酯成反式,与芳基成顺式,正好与Tortosa小组的报道相反,形成互补. 以上两例反应为环丙烷类化合物的制备提供了一种多样化合成方法.

  4    铜催化不对称烯丙位硼化取代反应

  

  图图式 12 铜催化烯丙位硼化机理

  Figure 图式 12. Mechanism of Cu-catalyzed allylic borylation

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  McQuade等^[49]将其设计的六元环的手性卡宾用于不对称铜催化烯丙基醚的烯丙位硼化时,取得了很好的催化效果,ee值最高达99% (Eq. 35). 值得一提的是该反应中使用的烯丙基醚底物为顺反式混合物时,也能够取得92%～93%的ee值,实属不易.

  2010年,Ito和Sawamura小组^[47]又报道了消旋底物的铜催化的不对称烯丙基硼化反应(Scheme 13). 该反应以(R,R)-QuinoxP*为配体,使用外消旋的烯丙基醚为底物得到了单一构型的α手性烯丙基硼酸酯化合物,反应底物完全转化,得到了高达97% ee值. 与以往经典的动态动力学拆分或动态动力学不对称转化不同,该反应并没有发生消旋化或者对称化的过程,而是R构型的底物经过anti-S_N2′反应过程,而S构型的底物经过syn-S_N2′反应路径得到同一S构型的产物.

  该烯丙位硼化反应的机理与常见的铜催化烯丙位取代机理有所不同,机理为(Scheme 12): 卡宾铜的频哪醇硼酯催化剂活性中间体,首先与底物中的双键发生插入反应得到有机铜化合物,同时生成手性中心. 再通过反插入反应(β-氧消除)重新得到碳碳双键,释放目标产物,生成的铜氧配合物脱去二氧化碳,得到铜的甲醇化物(启动时为叔丁醇化物)再与双(频哪醇合)二硼反应,重新得到铜的频哪醇硼酯催化剂活性中间体,从而继续下一个催化循环.

  

  图图式 13 消旋底物的铜催化的不对称烯丙基位硼化

  Figure 图式 13. Cu-catalyzed asymmetric allylic borylation of racemic substrates

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  2005年,Ito和Sawamura小组^[45]首次报道了铜催化手性烯丙基酯的烯丙位硼化反应. 其中有两例以Cu(I)-Xantphos为催化剂,催化手性烯丙基碳酸酯γ位与双(频哪醇合)二硼进行定向取代反应,合成一类非常有用的手性烯丙基硼化合物的反应. 作者分别对(S)-(E)构型烯丙基碳酸酯和(S)-(Z)构型烯丙基碳酸酯化合物进行了研究,实验发现E式构型的烯丙基碳酸酯化合物的α立体中心发生了由α位到γ位手性迁移,可以得到95%产率和96% ee 的硼取代的手性烯丙基硼酸酯化合物 (Eq. 30),而Z式构型手性烯丙基碳酸酯的立体中心在γ位取代时发生了手性翻转,ee值保持不变(Eq. 31).

  2007年,Ito和Sawamura小组^[46]对烯丙基碳酸酯γ位硼取代的不对称反应做了进一步研究(Eq. 32). 在一价铜催化下,使用(R,R)-Quinoxp*配体对烯丙基碳酸酯进行对映选择性取代反应合成具有α手性中心的烯丙基硼酸酯化合物. 研究发现当使用同一催化体系Cu(I)-(R,R)-Quinoxp*时产物的绝对构型受底物E/Z构型的影响,Z构型底物主要得到S构型产物. 在底物适用性方面,当取代基为甲基等基团时可以得到较高的对映选择性以及中等以上的产率,但当取代基为异丙基时,即使将催化剂和配体用量加大到10 mol%时也没有反应发生. 该小组对缩醛类底物 的去对称化烯丙位硼化反应也进行了相关研究,也取得了很好的产率和对映选择性(Eq. 33).^[46b]

  Hoveyda课题组^[48]利用该课题组开发的手性卡宾配体实现了烯丙位硼化得手性叔醇,以最高98%的ee值得到了目标产物. 反应在22 ℃或-30 ℃进行,实现了单取代及双取代烯烃的烯丙位硼化反应,配体为手性卡宾配体,再次证明了该类配体的强大(Eq. 34). 该反应的底物适用性良好,底物中R²取代基可以是含孤立双键、芳基以及硅氧基取代的长链烷基、环己基、芳基等.

  5    铜催化烯烃硼化反应的不对称串联反应及多组分反应

  以上的报道基本都是烯烃的不对称硼氢化反应,对于铜催化烯烃不对称硼化的串联反应及含有硼化的双官能团化反应还研究较少,该两类反应可以同时构建碳硼键及另一个新键,是非常高效的反应,值得进一步研究其不对称催化.

  上面的几例串联反应都是利用硼氢化反应的中间体铜物种的铜,进一步催化与羰基或烯烃的加成或取代反应. 将铜物种进行转金属实现与其它金属催化反应的串联也是一类很有潜力的反应. 2014年,Nakao等^[57]首先报道了铜催化硼化与钯催化偶联反应的串联反应,使用卡宾类配体实现了一系列取代苯乙烯的硼化芳基化反应. 2015年,Brown等^[58]报道了β-取代的苯乙烯的该类反应,有趣的是使用不同的富电子膦配体可以控制反应的产物顺反式反转. 作者推测是烷基铜物种与钯发生转金属时机理不同所致.

  2013年,Hoveyda小组^[52]报道了一类设计巧妙的不对称硼化/加成串联反应(Eq. 38). 与Lam的思路不同,Hoveyda小组利用联烯与铜硼物种加成生成的烯丙基铜物种,与醛原位发生铜促进的加成反应. 该反应的非手性模式适用于多种多样的联烯及醛、酮底物,反应产物可以经氧或溴化转化为酮或烯基溴化合物. 但手性催化相对较为局限,对于醛底物,对映选择性介于90%～94%,非对映选择性也较为理想. 而对于酮底物,虽然非对映选择性依然很好,但对映选择性一般. 该反应的机理为(Scheme 15): 首先该铜硼物种与联烯中的一个双键发生插入反应,得到了烯丙基铜中间体化合物. 该结构进而可与其异构体相互转化. 此时,铜与底物醛中的氧配位形成一个六元环的过渡态,加成得到硼基烯丙基取代的醇氧铜中间体. 再与双(频哪醇合)二硼反应得到串联反应手性产物,及重新释放了铜的频哪醇硼酯,从而继续该催化循环. 反应手性产物经过水解及氧化得到最终的双手性中心的β-羟基酮化合物.

  2010年,Ito小组^[50]报道了使用QuinoxP*作为配体,铜催化的环状双烯丙基酯的去对称化硼化反应. 反应结束后一锅法加入醛,可实现醛的不对称烯丙基化反应,构建了三个手性中心,ee值最高达97%,dr值最高达 ＞99:1 (Scheme 14). 产物的羟基经保护后,可以再经铜催化烯丙位硼化及醛的不对称烯丙基化反应得到四手性中心产物,是一种快速构建复杂结构化合物的方法. 该小组^{[46, 47]}还有几例类似的一锅法硼化/醛加成反应的报道.

  

  图图式 15 硼化/醛的炔丙基化串联反应机理

  Figure 图式 15. Mechanism of borylation/aldehyde-propargylation cascade reaction

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  烯烃的双官能团化反应是最有用的反应之一,如双羟化及羟氨化反应等. 包含硼化的双官能团化反应可将烯烃进行双官能团化的同时,保留一个多样化衍生的位点,即上硼的位点. 以上提到的串联反应也可算作烯烃的硼化双官能团化反应.

  2014年,Hoveyda小组^[53]报道了炔基烯烃的不对称硼化/加成串联反应. 以中等到良好的收率(66%～94%)最高98%的ee值及大于98:2的dr值得到了双手性中心的双羟基化合物(Eq. 39). 该反应的底物适用性良好,对于芳基、杂芳基、烯烃、长链烷烃、含手性中心的取代基等都可以兼容,并且炔基底物的取代基也可以兼容芳基、烯烃、硅氧基、硅基等. 该反应与上述的硼化机理类似,铜的频哪醇硼酯是催化剂的活性中间体,反应利用炔丙基铜物种转化为联烯基铜物种,再与醛发生加成反应. 该反应为复杂α,γ-手性二醇的制备提供了 一种高效的方法.

  前面所述的铜催化烯烃的不对称硼化反应一般所经历的机理是一价铜催化过程,对于一价铜的中间体即碳铜物种,可以进一步进行串联反应,也可以进一步由氧化试剂氧化至三价铜的碳铜物种,然后发生还原消除,引入新的C—X键. 这是一种有别于串联反应的新的反应模式.

  Tsuji小组^[65]首先报道了铜催化联烯硼化/烯丙位取代串联反应,反应可得1,5-二烯化合物. 作者推测第二步烯丙位取代是经过插入和β-氧消除的过程,反应过程中铜始终为一价. 同年,Hoveyda小组^[66]则报道了该类反应的不对称催化,作者经密度泛函理论(DFT)计算,认为第二步机理为S_N2'氧化加成和还原消除的过程,反应经过三价铜. 作者使用的手性配体为含有羟基官能团的手性卡宾,羟基在反应中可能转化为OBPin,一系列不同官能团取代的烷基取代联烯及芳基或烷基取代的烯丙基酯都可以较高的收率得到目标产物,对映选择性在98%～84%之间(Scheme 18). 产物1可以转化片段2. 另一片段4可以从3经几步反应合成,3则是利用该小组在Eq. 38中开发的串联反应得到. 最后2与4进行偶联反应即可得5,为天然产物Rottnestol. 另一天然产物Herboxidiene/GEX1A也以克级规模合成,这里不再详述.

  2016年,Lin小组^[56]报道了一类分子内的联烯硼化/酮烯丙基化加成反应的串联反应(Eq. 42). 使用消旋的Bianp为配体,实现了一系列官能团化的顺式十氢萘的合成. 该小组也对反应的不对称催化进行了尝试,初步结果显示,使用DTBM-Segphos为手性配体及B₂(Nep)₂为硼源,可以得到73%的对映选择性. 进一步的研究工作值得期待.

  2009年,Shiabasaki小组^[9]报道了使用QuinoxP*作为配体,铜催化的β-取代环烯酮与双(频哪醇合)二硼的加成反应,取得了最高98%的对映选择性. 与此同时,Shiabasaki小组在反应结束后,一锅法加入苯甲醛进行Aldol反应,所得产物的dr值达6.5:1 (Eq. 36).

  2010年,Ito和Sawamura小组^[63]首先实现了高烯丙基磺酸酯的硼化环化反应,生成邻二取代环丁烷产物 (Scheme 17). 当使用顺式烯烃时,生成的邻二取代环丁烷产物为反式,使用反式烯烃时则生成顺式取代产物. 延长一个碳的底物可以生成取代环戊烷产物,但延长两个碳的底物则不能生成相应环己烷产物. 同年,该小 组^[64]报道了苯基取代的烯丙基磷酸酯的该类型反应,当底物的端位为芳基时,使用手性Duphos配体,可以以较高的对映选择性制备手性环丙烷硼酸酯,为反式二取代手性环丙烷的合成提供了一种简便高效的方法. 作者推测以上反应的机理是在硼化加成生成有机铜物种后,铜再与离去基团位点发生氧化加成,生成三价铜物种,再经还原消除可得环状产物.

  

  图图式 14 一锅法烯丙位硼化-醛的烯丙基化

  Figure 图式 14. One-pot allylic borylation and aldehyde-allylation

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  图图式 19 铜催化烯烃的硼氮化反应机理

  Figure 图式 19. Mechanism of Cu-catalyzed aminoboration of alkenes

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  上面两例报道只是在反应结束后再加入另一反应试剂来实现多个手性中心的构建,其效率还不够高. 更加高效的方法应该是原位生成的硼化中间体即与体系中的另一试剂进行下一步反应.

  

  图图式 16 双金属催化烯烃的烯丙基化硼化反应机理

  Figure 图式 16. Mechanism of dimetal-catalyzed allylboration of alkene

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  2008年,Ito和Sawamura小组^[62]报道了铜催化γ硅取代的烯丙基碳酸酯与联硼酸频哪醇酯反应合成具有光学活性的硼硅双官能团化的环丙烷产物(Eq. 45). 底物主要使用不同硅基取代的Z式构型的烯丙基碳酸酯化合物,对两种手性配体进行了催化活性和对映选择性研究. 当使用三甲基硅基取代基团时,(R,R)-QuinoxP*配体要比(R)-Segphos表现出了较好的催化活性和对映选择性,可以得到98% ee及99%的产率,但当取代基团为苯基二甲基硅基或苯甲基二甲基硅基时,(R)-Segphos配体在对映选择性上的表现要优于(R,R)-QuinoxP*.

  2012年,Lam小组^[51]设计了一类分子内硼氢化/ Aldol串联反应(Eq. 37). 利用铜催化α,β-不饱和羰基化的硼氢化反应的中间体烯醇酮物种,对分子内的另一羰基进行加成反应,可以实现双酮的去对称化反应. 反应所使用的配体为Josiphos,碱为叔丁醇钾,而醇添加剂为异丙醇或叔丁醇. 反应可以高收率高对映选择性及高非对映选择性地得到一系列四手性中心双环化合物. 但对于R²是强吸电子基取代的芳基及m＝0的底物,反应的dr值较差,有待进一步改进. 该方法可以实现3 mmol以上的单次投料量,为双环类化物的合成开发了一条高效路径.

  Miura小组^[67]则报道了一种不对称硼氨化双官能团化的方法. 使用氧化能力较弱的官能团化氧化剂与硼化生成的碳铜物种反应,得三价铜物种,再经还原消除可得双官能团化产物(Scheme 19). 当使用配体邻二(二苯基膦)苯(Dppbz)时,可以以顺反式异构体的比值大于99:1的选择性,实现不同取代的胺源,与芳基烷基双取代的内烯、芳基取代的端烯、或者烷基取代的端烯的硼氨化双官能团化反应. 当使用配体Me-Duphos时,可以实现不对称催化,仅有三个实施例,对映选择性较高,为80%～86% (Eq. 45).

  2016年,Hoveyda小组^[55]将联烯的硼化反应与1,6加成反应串联,实现了不对称催化反应构筑手性1,5-二烯. 该反应以羟基官能团化的手性卡宾为配体,使用催化量的叔丁醇钠和过量的苯酚钠为碱,最高可以取得92%的对映选择性和普遍＞98/2的非对映选择性(Eq. 41). 一系列不同烷基取代的联烯及芳基、杂芳基、烷基取代的二烯底物都可以适用于该反应. 计算表明,配体中的羟基与苯酚钠形成氢键并且与钠配位,钠离子与底物的二羰基配位,从而活化和固定底物.

  烯丙基铜物种经常作为催化中间体,发生对缺电子双键的加成反应. 最近,Hoveyda小组^[54]利用共轭二烯与双(频哪醇合)二硼的硼化反应生成烯丙基铜中间体的特点,报道了卡宾配体/铜催化的双频哪醇硼、二丁烯及亚烯基丙二酸二乙酯的不对称串联反应(Eq. 40). 该反应由于可能发生副反应,即亚烯基丙二酸二乙酯底物的硼化,所以亚烯基丙二酸二乙酯要缓慢滴加,以保持其低浓度. 该反应适用于芳基及杂芳基取代的亚烯基丙二酸二乙酯底物,取得了很高的区域选择性,最高达83%的产率及96%的ee值.

  Takaki小组^[60]于2012年开发了一种烯烃硼锡化反应. 硼氢化反应中,最后一步利用甲醇质子化烷基铜物种,生成甲氧基铜及硼氢化产物. 如果将甲醇换为甲氧基锡,锡则可类似于质子,发生转金属生成硼锡化产物. Zhou小组^[61]利用该小组开发的膦-亚砜配体实现了该反应的不对称催化(Eq. 44). 各种取代的苯乙烯类底物,包括邻、间、对位取代基是卤素、氧、烷基、酯基等,以及萘乙烯和吲哚乙烯,都能够以很高的收率和＞92%对映选择性得到目标硼锡化产物. 烷基烯烃及丁烯酸甲酯也能发生反应,但对映选择性较差. 该反应提供了一种高效的手性锡类化合物的合成方法.

  

  图图式 17 铜催化硼碳化合成环丁烷及环丙烷化合物

  Figure 图式 17. Cu-catalyzed carboboration for preparation of cyclobutanes and cyclopropanes

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  图图式 18 铜催化联烯硼化—烯丙基化反应

  Figure 图式 18. Cu-catalyzed borylation-allylation of allenes

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  Liao小组^[59]于2015年报道了一例非常有趣的铜催化硼化与钯催化烯丙位取代的不对称串联反应(Eq. 43),反应中经硼化生成的碳铜物种经转金属,铜完成催化循环的同时,使硼化物种与烯丙基钯结合,最后还原消除得目标产物,得到的零价钯再与烯丙基酯底物进行氧化加成进入下一轮循环(Scheme 16). 在催化循环中,铜价态始终为正一价. 反应的对映选择性最高达97%. 该类双金属不对称催化模式值得进一步拓展到更多的与硼化相关的反应.

  6    总结

  铜催化的烯烃的不对称加成硼化反应已经被大量研究和报道,取得了较大的进展. 实现了各种缺电子烯烃及供电子烯烃作为底物的不对称硼氢化反应,与小分子催化的结合已经被成功开发,区域选择性问题也有所研究. 另外,已出现多种不对称硼氢化反应的串联反应模式,如烯丙基铜中间体与不饱和键的加成及有机铜物种参与其它金属催化偶联反应等. 借助氧化官能团化试剂,通过铜氧化加成及还原消除([Cu(Ⅰ)-Cu(Ⅲ)-Cu(Ⅰ)]来实现烯烃不对称双官能团化的反应模式也已成功实现. 但是,铜催化的烯烃的不对称加成硼化反应仍存在诸多不足,其中较有挑战的是硼氢化反应生成双手性中心时,非对映选择性的控制. 对于烯烃的不对称硼化串联反应模式还较少,与小分子催化的串联,与其它金属催化的不对称串联模式还有待充分发展. 不对称双官能团化反应也刚刚起步,能实现的转化只有少数几种,更多的双官能团化反应,特别是含氧化过程的[Cu(Ⅰ)-Cu(Ⅲ)]反应还具有很大的挖掘价值. 诸如催化剂用量大,新手性配体开发少等常见金属催化反应的问题,在该类反应中也有体现,新手性配体的开发毫无疑问将会促进新概念、新反应模式和新反应活性的出现. 进一步对该类反应的开发,将会促进该类反应在手性药物开发和复杂手性全合成等方面的应用.

• 1. [1]

     Smoum, R.; Rubinstein, A.; Dembitsky, V. M.; Srebnik, M. Chem. Rev. 2012, 112, 4156. (b) Suzuki, N.; Suzuki, T.; Ota, Y.; Nakano, T.; Kurihara, M.; Okuda, H.; Yamori, T.; Tsumoto, H.; Nakagawa, H.; Miyata, N. J. Med. Chem. 2009, 52, 2909. (c) Hecker, S. J.; Reddy, K. R.; Totrov, M.; Hirst, G. C.; Lo-movskaya, O.; Griffith, D. C.; King, P.; Tsivkovski, R.; Sun, D.; Sabet, M.; Tarazi, Z.; Clifton, M. C.; Atkins, K.; Raymond, A.; Potts, K. T.; Abendroth, J.; Boyer, S. H.; Loutit, J. S.; Morgan, E. E.; Durso, S.; Dudley, M. N. J. Med. Chem. 2015, 58, 3682.

  2. [2]

     Hartwig, J. F. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 864. (b) He, J.; Jiang, H.; Takise, R.; Zhu, R.-Y., Chen, G.; Dai, H.-X.; Dhar, T. G. M.; Shi, J.; Zhang, H.; Cheng, P. T. W.; Yu, J.-Q. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 785. doi: 10.1021/ar200206a

  3. [3]

     Liu, Q.; Tian, B.; Tian, P.; Tong, X.; Lin, G.-Q. Chin. J. Org. Chem. 2015, 35, 1(in Chinese). (刘强, 田兵, 田平, 童晓峰, 林国强, 有机化学, 2015, 35, 1.) (b) Cheng, Q.; Huan, X..; Zhu, S.; Zhou, Q. Acta Chim. Sinica 2015, 73, 326(in Chinese). (程清卿, 许唤, 朱守非, 周其林, 化学学报, 2015, 73, 326.) (c) Semba, K.; Fujihara, T.; Terao, J.; Tsuji, Y. Tetrahedron 2015, 71, 2183. (d) Mkhalid, I. A. I.; Barnard, J. H.; Marder, T. B.; Murphy, J. M.; Hartwig, J. F. Chem. Rev. 2010, 110, 890. (e) Takagi, J.; Takahashi, K.; Ishiyama, T.; Miyaura, N. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8001.

  4. [4]

     Mannig, D.; Noth, H. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1985, 24, 878. doi: 10.1002/anie.198508781

  5. [5]

     Burgess, K.; Ohlmeyer, M. J. J. Org. Chem. 1988, 53, 5178. doi: 10.1021/jo00256a059

  6. [6]

     Ito, H.; Yamanaka, H.; Tateiwa, J.; Hosomi, A. Tetrahedron Lett. 2000, 41, 6821. (b) Takahashi, K.; Ishiyama, T.; Miyaura, N. Chem. Lett. 2000, 982. (c) Takahashi, K.; Ishiyama, T.; Miyaura, N. J. Organomet. Chem. 2001, 625, 47. (d) Laitar, D. S.; Müller, P.; Sadighi, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17196.

  7. [7]

     Mun, S.; Lee, J.-E.; Yun, J. Org. Lett. 2006, 8, 4887. (b) Lee, J.-E.; Yun, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 145. (c) Sim, H.-S.; Feng, X.; Yun, J. Chem. Eur. J. 2009, 15, 1939. (d) Zhao, H.; Dang, L.; Marder, T. B.; Lin, Z. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5586.

  8. [8]

     Fleming, W. J.; Müller-Bunz, H. M.; Lillo, V.; Fernández, E.; Guiry, P. J. Org. Biomol. Chem. 2009, 7, 2520. doi: 10.1039/b900741e

  9. [9]

     Chen, I.-H.; Yin, L.; Itano, W.; Kanai, M.; Shibasaki, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11664. doi: 10.1021/ja9045839

  10. [10]

      Feng, X.; Yun, J. Chem. Commun. 2009, 45, 6577.

  11. [11]

      Chen, I.-H.; Kanai, M.; Shibasaki, M. Org. Lett. 2010, 12, 4098.

  12. [12]

      Lillo, V.; Prieto, A.; Bonet, A.; Díaz-Requejo, M. M.; Ramírez, J.; Pérez, P. J.; Fernández, E. Organometallics 2009, 28, 659.

  13. [13]

      O'Brien, J. M.; Lee, K.-S.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 10630. (b) Lee, K.-S.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2898. doi: 10.1021/ja104777u

  14. [14]

      Feng, X.; Yun, J. Chem. Eur. J. 2010, 16, 13609. doi: 10.1002/chem.v16.46

  15. [15]

      Park, J. K.; Lackey, H. H.; Rexford, M. D.; Kovnir, K.; Shatruk, M.; McQuade, D. T. Org. Lett. 2010, 12, 5008. (b) Huang, L.; Cao, Y.; Zhao, M.; Tang, Z.; Sun, Z. Org. Biomol. Chem. 2014, 12, 6554. doi: 10.1021/ol1021756

  16. [16]

      Hirsch-Weil, D.; Abboud, K. A.; Hong, S. Chem. Commun. 2010, 46, 7525.

  17. [17]

      Hong, B.; Ma, Y.; Zhao, L.; Duan, W.; He, F.; Song, C. Tetrahedron:Asymmetry 2011, 22, 1055. (b) Zhao, L.; Ma, Y.; Duan, W.; He, F.; Chen, J.; Song, C. Org. Lett. 2012, 14, 5780. (c) Zhao, L.; Ma, Y.; He, F.; Duan, W.; Chen, J.; Song, C. J. Org. Chem. 2013, 78, 1677. (d) Check, C. T.; Jang, K. P.; Schwamb, C. B.; Wong, A. S.; Wang, M. H.; Scheidt, K. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 4264.

  18. [18]

      Zhang, J.-L.; Chen, L.-A.; Xu, R.-B.; Wang, C.-F.; Ruan, Y.-P.; Wang, A.-E.; Huang, P.-Q. Tetrahedron:Asymmetry 2013, 24, 492.

  19. [19]

      Iwai, T.; Akiyama, Y.; Sawamura, M. Tetrahedron:Asymmetry 2013, 24, 729. doi: 10.1016/j.tetasy.2013.05.013

  20. [20]

      Sole, C.; Bonet, A.; de Vries, A. H. M.; de Vries, J. G.; Lefort, L.; Gulyás, H.; Fernández, E. Organometallics 2012, 31, 7855. (b) Solé, C.; Whiting, A.; Gulyás, H.; Fernández, E. Adv. Synth. Catal. 2011, 353, 376. (c) Solé, C.; Tatla, A.; Mata, J. A.; Whiting, A.; Gulyás, H.; Fer-nández, E. Chem. Eur. J. 2011, 17, 14248.

  21. [21]

      Liu, P.; Fukui, Y.; Tian, P.; He, Z.-T.; Sun, C.-Y.; Wu, N.-Y.; Lin, G.-Q. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11700.

  22. [22]

      Kobayashi, S.; Xu, P.; Endo, T.; Ueno, M.; Kitanosono, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 12763. (b) Kitanosono, T.; Xu, P.; Kobayashi, S. Chem. Commun. 2013, 49, 8184. (c) Kitanosono, T.; Xu, P.; Isshiki, S.; Zhu, L.; Kobayashi, S. Chem. Commun. 201450, 9336. (d) Zhu, L.; Kitanosono, T.; Xu, P.; Kobayashi, S. Chem. Commun. 2015, 51, 11685. (e) Stavber, G.; Časar, Z. Appl. Organomet. Chem. 2013, 27, 159. doi: 10.1002/anie.201207343

  23. [23]

      Ibrahem, I.; Breistein, P.; Córdova, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 12036. doi: 10.1002/anie.v50.50

  24. [24]

      Moure, A. L.; Arrayás, R. G.; Carretero, J. C. Chem. Commun. 2011, 47, 6701. doi: 10.1039/c1cc11949d

  25. [25]

      Hornillos, V.; Vila, C.; Otten, E.; Feringa, B. L. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 7867. doi: 10.1002/anie.201502987

  26. [26]

      Lee, J. C. H.; McDonald, R.; Hall, D. G. Nat. Chem. 2013, 3, 894.

  27. [27]

      He, Z.-T.; Zhao, Y.-S.; Tian, P. Wang, C.-C.; Dong, H.-Q.; Lin, G.-Q. Org. Lett. 2014, 16, 1426.

  28. [28]

      Xie, J.-B.; Lin, S.; Luo, J.; Wu, J.; Winn, T. R.; Li, G. Org. Chem. Front. 2015, 2, 42. (b) Xie, J.-B.; Lin, S.; Qiao, S.; Li, G. Org. Lett. 2016, 18, 3926. doi: 10.1039/C4QO00271G

  29. [29]

      Kubota, K.; Hayama, K.; Iwamoto, H.; Ito, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 8809. doi: 10.1002/anie.201502964

  30. [30]

      Luo, Y.; Roy, I. D.; Madec, A. G. E.; Lam, H. W. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 4186. doi: 10.1002/anie.201310380

  31. [31]

      Lou, Y.; Cao, P.; Jia, T.; Zhang, Y.; Wang, M.; Liao, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 12134. doi: 10.1002/anie.201505926

  32. [32]

      Jarava-Barrera, C.; Parra, A.; López, A.; Cruz-Acosta, F.; Collado-Sanz, D.; Cárdenas, D. J.; Tortosa, M. ACS Catal. 2016, 6, 442. doi: 10.1021/acscatal.5b02742

  33. [33]

      Noh, D.; Chea, H.; Ju, J.; Yun, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 6062. (b) Xie, Y.; Hartwig, J. F. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 6703. (c) Feng, X.; Jeon, H.; Yun, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 3989. doi: 10.1002/anie.v48:33

  34. [34]

      Lee, Y.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3160. (b) Corbern, R.; Mszar, N. W.; Hoveyda, A. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7079. doi: 10.1021/ja809382c

  35. [35]

      Lee, Y.; Jang, H.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18234. doi: 10.1021/ja9089928

  36. [36]

      Kubota, K.; Yamamoto, E.; Ito, H. Adv. Synth. Catal. 2013, 355, 3527. doi: 10.1002/adsc.201300765

  37. [37]

      Meng, F.; Jang, H.; Hoveyda, A. H. Chem. Eur. J. 2013, 19, 3204. doi: 10.1002/chem.201203803

  38. [38]

      Sasaki, Y.; Zhong, C.; Sawamura, M.; Ito, H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1226. doi: 10.1021/ja909640b

  39. [39]

      Jung, B.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1490. (b) Yuan, W.; Ma, S. Adv. Synth. Catal. 2012, 354, 1867. (c) Meng, F.; Jung, B.; Haeffner, F.; Hoveyda, A. H. Org. Lett. 2013, 15, 1414. (d) Semba, K.; Shinomiya, M.; Fujihara, T.; Terao, J.; Tsuji, Y. Chem. Eur. J. 2013, 19, 7125. doi: 10.1021/ja211269w

  40. [40]

      Jang, H.; Jung, B.; Hoveyda, A. H. Org. Lett. 2014, 16, 4658. doi: 10.1021/ol5022417

  41. [41]

      Kubota, K.; Watanabe, Y.; Hayama, K.; Ito, H. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 4338. doi: 10.1021/jacs.6b01375

  42. [42]

      Kubota, K.; Watanabe, Y.; Ito, H. Adv. Synth. Catal. 2016, 358, 2379. doi: 10.1002/adsc.201600372

  43. [43]

      Parra, A.; Amenos, L.; Guisan-Ceinos, M.; López, A.; Gar-cía-Ruano, J. L.; Tortosa, M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 15833. doi: 10.1021/ja510419z

  44. [44]

      Tian, B.; Liu, Q.; Tong, X.; Tian, P.; Lin, G.-Q. Org. Chem. Front. 2014, 1, 1116. doi: 10.1021/ar200206a

  45. [45]

      Ito, H.; Kawakami, C.; Sawamura, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16034. doi: 10.1021/ja056099x

  46. [46]

      Ito, H.; Ito, S.; Sasaki, Y.; Matsuura, K.; Sawamura, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 14856. (b) Yamamoto, E.; Takenouchi, Y.; Ozaki, T.; Miya, T.; Ito, H. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16515. doi: 10.1021/ja076634o

  47. [47]

      Ito, H.; Kunii, H.; Sawamura, M. Nat. Chem. 2010, 2, 972.

  48. [48]

      Guzman-Martinez, A.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 10634. doi: 10.1021/ja104254d

  49. [49]

      Park, J. K.; Lackey, H. H.; Ondrusek, B. A.; McQuade, D. T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2410. doi: 10.1021/ja1112518

  50. [50]

      Ito, H.; Okura, T.; Matsuura, K.; Sawamura, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 560. doi: 10.1002/anie.200905993

  51. [51]

      Burns, A. R.; González, J. S.; Lam, H. W. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 10827. doi: 10.1002/anie.v51.43

  52. [52]

      Meng, F.; Jang, H.; Jung, B.; Hoveyda, A. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 5046. doi: 10.1002/anie.201301018

  53. [53]

      Meng, F.; Haeffner, F.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 11304. doi: 10.1021/ja5071202

  54. [54]

      Li, X.; Meng, F.; Torker, S.; Shi, Y.; Hoveyda, A. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 9997. doi: 10.1002/anie.201605001

  55. [55]

      Meng, F.; Li, X.; Torker, S.; Shi, Y.; Shen, X.; Hoveyda, H. A. Nature 2016, 537, 387. doi: 10.1038/nature19063

  56. [56]

      Zhao, Y.-S.; Tang, X.-Q.; Tao, J.-C.; Tian, P.; Lin, G.-Q. Org. Biomol. Chem. 2016, 16, 440.

  57. [57]

      Semba, K.; Nakao, Y. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7567. doi: 10.1021/ja5029556

  58. [58]

      Logan, K. M.; Smith, K. B.; Brown, M. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 5228. doi: 10.1002/anie.v54.17

  59. [59]

      Jia, T.; Cao, P.; Wang, B.; Lou, Y.; Yin, X.; Wang, M.; Liao, J. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13760. doi: 10.1021/jacs.5b09146

  60. [60]

      Takemoto, Y.; Yoshida, H.; Takaki, K. Chem. Eur. J. 2012, 18, 14841. (b) Takemoto, Y.; Yoshida, H.; Takaki, K. Synthesis 2014, 46, 3024. doi: 10.1002/chem.201202435

  61. [61]

      Jia, T.; Cao, P.; Wang, D.; Lou, Y.; Liao, J. Chem. Eur. J. 2015, 21, 4918. doi: 10.1002/chem.201500060

  62. [62]

      Ito, H.; Kosaka, Y.; Nonoyama, K.; Sasaki, Y.; Sawamura, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 7424. doi: 10.1002/anie.v47:39

  63. [63]

      Ito, H.; Toyoda, T.; Sawamura, M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5990. doi: 10.1021/ja101793a

  64. [64]

      Zhong, C.; Kunii, S.; Kosaka, Y.; Sawamura, M.; Ito, H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11440. doi: 10.1021/ja103783p

  65. [65]

      Semba, K.; Bessho, N.; Fujihara, T.; Terao, J.; Tsuji, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 9007. doi: 10.1002/anie.201404173

  66. [66]

      Meng, F.; McGrath, K. P.; Hoveyda, A. H. Nature 2014, 513, 367. doi: 10.1038/nature13735

  67. [67]

      Matsuda, N.; Hirano, K.; Satoh, T.; Miura, M. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4934. doi: 10.1021/ja4007645

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  图式 1  含硼化合物的合成、衍生及相关药物

  Scheme 1  Synthesis and derivation of compounds containing boron and its corresponding drugs

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  图式 2  铜催化α,β-不饱和化合物的硼氢化反应机理

  Scheme 2  Catalytic cycle of Cu-catalyzed hydroboration of α,β-unsaturated compounds

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  图式 3  二胺配体/铜催化α,β-不饱和化合物的硼氢化反应

  Scheme 3  Diamine/Cu-catalyzed hydroboration of α,β-unsa- turated compounds

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  图 1  应用于铜催化硼氢化反应的手性卡宾配体

  Figure 1  Chiral NHC ligands for Cu-catalyzed hydroboration

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  图式 4  小分子胺催化与铜催化的共催化硼氢化反应机理

  Scheme 4  Mechanism of hydroboration catalyzed by chiral amine and copper catalyst

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  图式 5  一锅法实现β-硼化及Wittig反应

  Scheme 5  Multicomponent reaction through a β-boration/Wittig sequence

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  图式 6  1,1-双硼化合物的合成及其交叉偶联

  Scheme 6  Synthesis and cross-coupling of 1,1-diboron compounds

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  图式 7  铜催化α-位取代的不饱和羰基底物的硼氢化反应

  Scheme 7  Cu-Catalyzed hydroboration of α-functionalized α,β-unsaturated carbonyl substrates

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  图式 8  铜催化苯乙烯类底物的氢硼化反应机理

  Scheme 8  Mechanism of Cu-catalyzed hydroboration of styrenes using hydroboron

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  图式 9  铜催化共轭二烯的硼氢化反应机理

  Scheme 9  Mechanism of Cu-catalyzed hydroboration of conjugated dienes

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  图式 10  铜催化联烯的不对称硼氢化反应

  Scheme 10  Cu-catalyzed asymmetric hydroboration of dienes

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  图式 11  铜催化的二氢吡啶的硼氢化反应

  Scheme 11  Cu-catalyzed hydroboration of dihydropyridines

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  图式 12  铜催化烯丙位硼化机理

  Scheme 12  Mechanism of Cu-catalyzed allylic borylation

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  图式 13  消旋底物的铜催化的不对称烯丙基位硼化

  Scheme 13  Cu-catalyzed asymmetric allylic borylation of racemic substrates

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  图式 14  一锅法烯丙位硼化-醛的烯丙基化

  Scheme 14  One-pot allylic borylation and aldehyde-allylation

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  图式 15  硼化/醛的炔丙基化串联反应机理

  Scheme 15  Mechanism of borylation/aldehyde-propargylation cascade reaction

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  图式 16  双金属催化烯烃的烯丙基化硼化反应机理

  Scheme 16  Mechanism of dimetal-catalyzed allylboration of alkene

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  图式 17  铜催化硼碳化合成环丁烷及环丙烷化合物

  Scheme 17  Cu-catalyzed carboboration for preparation of cyclobutanes and cyclopropanes

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  图式 18  铜催化联烯硼化—烯丙基化反应

  Scheme 18  Cu-catalyzed borylation-allylation of allenes

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  图式 19  铜催化烯烃的硼氮化反应机理

  Scheme 19  Mechanism of Cu-catalyzed aminoboration of alkenes

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