燕紅課題組在碳硼烷選擇性功能化方面的研究工作取得新進(jìn)展
燕紅課題組近期報(bào)道了光催化碳硼烷羧酸脫羧自由基偶聯(lián)反應(yīng)，成功地實(shí)現(xiàn)了碳硼烷選擇性功能化，研究論文以Site-Selective Functionalization of Carboranes at Electron-Rich Boron Vertex: Photocatalytic B-C Coupling via?a Carboranyl Cage Radical為題于2022年6月7日在Angew. Chem. Int. Ed. 被選為VIP文章在線發(fā)表(DOI:10.1002/anie.202205672)。
硼烷及其衍生物由于其獨(dú)特的三維立體結(jié)構(gòu)、低毒性以及良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等特性，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、光化學(xué)、超分子和配位化學(xué)、材料等眾多領(lǐng)域。經(jīng)典的閉式碳硼烷(C2B10H12）具有二十面體的籠狀結(jié)構(gòu)，以閉式碳硼烷為例，其中10個(gè)為B–H頂點(diǎn)，2個(gè)為C–H頂點(diǎn)。其中，B–H鍵的化學(xué)極性小且鍵能高，難以發(fā)生反應(yīng)。同時(shí)B–H鍵數(shù)目眾多且化學(xué)環(huán)境相似。這些因素使得碳硼烷的選擇性官能化團(tuán)極具挑戰(zhàn)性。盡管自上個(gè)世紀(jì)六十年代碳硼烷發(fā)現(xiàn)以來化學(xué)家陸續(xù)開發(fā)了碳硼烷官能團(tuán)化的方法，但是對(duì)于相對(duì)富電子的B(8, 9, 10, 12)位點(diǎn)的選擇性控制仍無法得到滿意的結(jié)果，存在著化學(xué)選擇性差，反應(yīng)條件苛刻等問題。這促使我們開發(fā)新的合成方法來實(shí)現(xiàn)碳硼烷富電子硼位點(diǎn)的選擇性官能團(tuán)化。
?
圖1.光催化碳硼烷羧酸脫羧自由基偶聯(lián)反應(yīng)(本工作)?
受課題組前期工作在碳硼烷羧酸脫羧偶聯(lián)工作的啟發(fā)(Org. Lett. 2017, 19, 862-865），近期，南京大學(xué)燕紅教授課題組報(bào)道了以碳硼烷羧酸為碳硼烷自由基前體，在可見光催化下可脫羧生成活潑碳硼烷簇硼自由基，然后與一系列自由基受體偶聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了烷基化、烯基化以及雜芳基化碳硼烷衍生物的高效合成。該反應(yīng)具有反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)產(chǎn)率較高，底物適用性廣等一系列優(yōu)點(diǎn)(圖1)。
研究發(fā)現(xiàn)與羧酸基團(tuán)相連的硼原子NPA (Natural Population Analysis)電荷越大，對(duì)應(yīng)的碳硼烷羧酸脫羧產(chǎn)生自由基的能壘就越低，實(shí)驗(yàn)上與三氟甲基烯烴底物的反應(yīng)產(chǎn)率也越高，即富電子硼位點(diǎn)有利于脫羧產(chǎn)生碳硼烷自由基。首先在理論上研究了一系列碳硼烷自由基前驅(qū)體的反應(yīng)性，然后以B(9)位點(diǎn)的間位碳硼烷羧酸與三氟甲基烯烴為模板底物對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，在最優(yōu)條件下能夠以85%的分離產(chǎn)率得到目標(biāo)化合物，并對(duì)三氟甲基烯烴進(jìn)行了底物拓展。此外，該反應(yīng)還可以與末端烯烴、偕二氟烯烴以及芳雜環(huán)等自由基受體反應(yīng)，均能以中等偏上的收率得到B–C成鍵目標(biāo)產(chǎn)物(圖1)。
此外，利用該反應(yīng)可一步獲得碳硼烷功能化的稠環(huán)化合物，進(jìn)而可調(diào)控一系列稠環(huán)芳烴的光物理性質(zhì)。例如，通過光譜測(cè)試研究發(fā)現(xiàn)碳硼烷可以有效的抑制芘在溶液中的基激締合物發(fā)光，同時(shí)碳硼烷的大位阻效應(yīng)可以極大的減弱分子間的相互作用，從而大幅提升分子的固態(tài)發(fā)光效率(42% vs?25%)。實(shí)驗(yàn)表明碳硼烷對(duì)芘發(fā)光波長及效率的調(diào)控顯著（圖2)。
?
圖2.合成高效固態(tài)發(fā)光的碳硼烷衍生物
該反應(yīng)對(duì)生物醫(yī)藥分子中常出現(xiàn)的多肽片段也具有較好的兼容性。在該條件下可以直接合成同時(shí)含有多肽片段、氟原子以及碳硼烷的復(fù)雜分子(圖3)。預(yù)期該合成方法在硼中子捕獲療法抗癌(BNCT)中具有應(yīng)用潛能。?
圖3.合成含多肽和氟的BNCT候選藥物
綜上所述，燕紅課題組報(bào)道了光催化碳硼烷羧酸脫羧自由基偶聯(lián)反應(yīng)，不僅為構(gòu)筑基于硼原子團(tuán)簇的功能分子提供了一種有效的方法，而且在生物醫(yī)藥和發(fā)光材料應(yīng)用等相關(guān)領(lǐng)域展現(xiàn)了應(yīng)用潛力。文章的第一作者分別為化院博士生陳蒙和匡亞明學(xué)院本科生徐旌凱，本文工作得到朱少林教授及俞壽云教授的指導(dǎo)和大力幫助。本研究得到了國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。
?
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com