含氟有机化合物在农药、医药以及材料领域具有十分广泛的应用。尽管在过去的十几年里三氟甲基化反应研究取得了很大进展，但是现有的三氟甲基化试剂仍然存在合成步骤多、实际获取不够方便或原料昂贵、大规模使用受限等问题。碳硼键具有很好的后续转化功能，通过烯烃双官能化反应在一个分子中同时引入一个C-B键和含氟官能团，可以进一步转化合成一系列含氟功能分子。但是目前含氟硼酸酯类化合物的合成方法也存在着诸多不足，例如预官能化的前体难以制备、反应步骤多、操作繁琐等。因此，发展新的合成方法来高效构筑三氟甲基硼酸酯类化合物是十分有意义的，同时也具有很大的挑战性。

Figure 1. Origin of the reaction design.

南京大学潘毅教授（点击查看介绍）课题组一直致力于有机氟化学的研究，在廉价氟源的活化方面取得了一系列研究进展（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 624–627; Org. Lett., 2019, 21, 1857−1862）。近期，该课题组利用廉价的三氟甲磺酸酐设计并合成了一种稳定、廉价、高活性的磺酰基咪唑盐试剂 (IMDN-SO₂CF₃)。利用这种氧化还原活性盐试剂作为三氟甲基源，在光催化条件下，实现了炔烃和未活化烯烃的1,2-三氟甲基化硼化反应，为三氟甲基硼酸酯的合成提供了一种有效的方法 (Figure 1)。

首先，作者通过对咪唑盐试剂、溶剂、光催化剂等一系列反应条的优化，最终确定了该反应的最优条件：2 mol%的fac-Ir(ppy)₃作为光催化剂，2.5 equiv的B₂cat₂作为硼源，2.5 equiv的咪唑盐试剂1a作为三氟甲基源，30 W LED蓝光作为光源，在CH₃CN:EA = 1:3的混合溶剂中反应24 h。在最优条件下作者对底物的适应范围进行了考察，如图Scheme 1所示。当芳环上带有给电子基团或者吸电子基团时，都能以较好的收率 (60-93%) 以及较高的区域和立体选择性 (Z/E > 20:1) 得到三氟甲基烯基硼酸酯产物。为了进一步考察反应的适应性，使用全氟烷基咪唑盐试剂IMDN-SO₂R_F (R_F = C₄F₉, C₆F₁₃, C₈F₁₇, CF₂CF₂O(CF₂)₇CF₂Cl) 作为全氟烷基化试剂，在标准反应条件下，该反应能以65-87%的收率和大于 16:1的Z/E选择性，实现全氟烷基烯基硼酸酯3q-3t的合成。

Scheme 1. Substrate sope of the akynes.

接下来，作者对烯烃的底物适应性进行了考察 (Scheme 2)。结果表明，该反应对含有末端烯烃的酯、酰胺、醚、磺酸酯、生物活性分子等化合物都具有很好的适应性，能以较好的收率得到相应的三氟甲基硼酸酯类化合物。为了进一步考察反应的适应性，作者使用全氟烷基咪唑盐试剂IMDN-SO₂R_F (R_F = C₄F₉, C₆F₁₃, C₈F₁₇, CF₂CF₂O(CF₂)₇CF₂Cl) 作为全氟烷基化试剂，在标准反应条件下，实现了全氟烷基硼酸酯的合成，并能以中等的收率得到目标产物5v-5dd。

Scheme 2. Substrate sope of the oefins.

为进一步证明该反应的实用性，作者利用三氟甲基烯基硼酸酯3a和三氟甲基硼酸酯5a、5p合成了一系列有用的含氟化合物 (Scheme 3)。

梁勇教授对该反应机理做了充分的理论计算，可能的机理如图Scheme 4所示。首先激发态的Ir(III)与咪唑盐试剂IMDN-SO₂CF₃作用，经过单电子还原生成氧化态的Ir(IV)和中性自由基中间体I，随后中性自由基中间体I脱除SO₂生成三氟甲基自由基，同时释放出N-甲基咪唑，然后三氟甲基自由基与炔烃 (或者烯烃) 加成生成自由基中间体II，中间体II与双硼试剂结合得到自由基中间体III，随后体系中生成的N-甲基咪唑作为路易斯碱与中间体III结合促进B-B键的断裂生成硼自由基中间体V和目标产物3或5，最后硼自由基中间体V与氧化态Ir(IV)作用生成稳定的离子盐化合物VI和Ir(III)完成催化循环。

Scheme 3. Further transformations.

Scheme 4. Proposed mechanism.

本文第一作者为2017级博士研究生张为钢，通讯作者为王毅副教授、梁勇教授和江南大学朱乙博士。该工作得到国家自然科学基金（21772085 , 21971107）、江苏省自然科学基金 (BK20170631) 、配位化学国家重点实验室、人工微结构协同创新中心和江苏省先进有机材料重点实验室的经费资助。特别感谢上海有机所胡金波研究员和南开大学汤平平教授对本工作的指导。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Integrated redox-active reagents for photoinduced regio- and stereoselective fluorocarboborylation

Weigang Zhang, Zhenlei Zou, Wenxuan Zhao, Shuo Lu, Zhengguang Wu, Mengjun Huang, Xiaochen Wang, Yi Wang, Yong Liang, Yi Zhu, Youxuan Zheng, Yi Pan

Nat. Commun., 2020, 11, 2572, DOI: 10.1038/s41467-020-16477-1

导师介绍

潘毅

https://www.x-mol.com/university/faculty/11605