综述：远程非共价相互作用实现的底物适应性：我们还有多远？

这篇综述系统总结了利用远程非共价相互作用（NCIs）实现底物适应性在均相催化中的创新应用，重点探讨了通过离子对（ion-pairing）、氢键（hydrogen bonding）和π-偶极相互作用调控芳烃C─H硼化（borylation）和交叉偶联（cross-coupling）反应的位点选择性和立体选择性，为发展通用性催化策略提供了新思路。

　　

图形摘要

利用底物与催化剂间的非共价相互作用（NCIs）已成为均相催化领域的有效策略。这类相互作用的远程特性和构象灵活性使催化剂能适应底物结构变化，同时保持对选择性的远程控制。该策略适用于芳烃的位点选择性和立体选择性反应，为通用性催化开辟了新途径。

摘要

远程控制位点选择性和立体选择性为构建新结构提供了机遇。与需要刚性共价模板的传统策略不同，近期发展的非共价相互作用（NCIs）导向方法展现出独特优势。由于NCIs具有作用距离长和方向灵活的特点，这类方法能适应底物结构变化而不破坏底物-催化剂预组织。本综述系统总结了NCIs实现的底物适应性在芳烃远程选择性反应中的创新应用。

1 引言

芳烃功能化是构建结构多样性的核心策略，但实现高区域选择性和立体选择性始终是挑战。虽然C─H活化和交叉偶联反应已取得显著进展，但传统共价模板策略需要为每种底物设计特定几何结构的连接臂。近期研究表明，通过底物与催化剂间的NCIs（如离子对、氢键）可实现更灵活的远程控制。这种策略的关键在于平衡选择性与底物适应性——既要保持过渡态结构的精确性，又要容忍连接臂长度的变化。

2 底物适应性的早期研究

Crabtree和Brudvig在2006年首次报道了通过远程氢键导向的C─H氧合反应，将选择性从3:1提升至39:1。Reek团队随后发现，即使将烯烃底物的羧基连接臂从2个亚甲基延长至更多，氢键导向的氢甲酰化反应仍能保持线性选择性。不过Zhang团队的研究显示，立体选择性控制对连接臂长度更为敏感——当羧基与双键间隔超过1个亚甲基时，丙烯酸酯氢化的对映选择性显著下降。这些早期工作揭示了NCIs在区域选择性与立体选择性控制中的不同表现。

3 离子对与π-偶极作用导向的间位C─H硼化

Phipps团队开创性地利用季铵盐与配体磺酸根的离子对作用，实现了芳烃间位C─H硼化。当底物连接臂从苯甲胺（3个键）扩展到苯丙胺（5个键）时，间/对位选择性仍保持>20:1。后续研究发现，芳基膦盐底物也适用该策略，且电子效应对选择性影响较小。Chattopadhyay则采用π-偶极相互作用策略，发现三氟甲磺酰基修饰的苯胺类底物（5-6个键间隔）表现出优异间位选择性，但该效应随连接臂延长而减弱。

4 离子对导向的对位C─H硼化

对位选择性面临更大的空间挑战。Liang团队设计的"联苯-菲啰啉"配体（L3）通过磺酰胺基团与底物作用，成功实现了铵盐和膦盐底物的对位硼化（4-7个键间隔）。理论计算表明，该配体通过维持菲啰啉共平面性优先稳定对位选择性过渡态。相比之下，Phipps团队开发的扩展型配体（L4-L5）因构象灵活性导致选择性波动较大，凸显精确控制配体刚性的重要性。

5 氢键导向的间/对位C─H硼化

Kanai早期工作证明含氢键供体的配体可实现苯甲酰胺间位硼化。Phipps团队进一步发现，中性酰胺底物通过N─H···O=S氢键作用，在苯甲胺至苯丙胺衍生物（5-7个键）中都保持高间位选择性。Liang团队通过计算优化脲基配体的连接臂，实现了选择性的精准调控——1,2-亚苯基连接的配体（L8）导向间位选择性，而1,4-亚苯基连接的配体（L6-L7）则诱导对位选择性。特别值得注意的是，在α-甲基苯乙酰胺底物中，空间位阻协助恢复了间位选择性。

6 区域选择性交叉偶联反应

Phipps团队开发的磺酰化膦配体（L10）通过碱金属阳离子桥接，实现了三氟甲酰亚胺底物的间位选择性Suzuki-Miyaura偶联（4-6个键）。当底物换为羧酸盐时，即使连接臂延长至3个亚甲基（6i），仍保持>20:1选择性。Maiti团队设计的嘧啶磺酸配体（L12）则通过N─H···O氢键作用，在苯乙酰胺至苯丙酰胺底物（5-7个键）中实现间位选择性Fujiwara-Moritani反应。有趣的是，连接臂最长的苯丙酰胺底物反而表现出最高选择性。

7 对映选择性交叉偶联反应

通过离子对作用实现的远程立体控制展现出惊人适应性。在构建远程季碳立体中心的脱对称偶联中，底物羧酸酯与催化剂的磷酸根通过K⁺桥接，即使连接臂从6个键延长至12个键，对映选择性仍保持>90:10 er。类似策略应用于构建P-立体中心的三芳基氧化膦时，通过原位水合调节离子对距离，可适应7-11个键间隔的底物。不过研究也发现，当反应位点移至更远的对位或底物构象自由度增加时，立体控制效果会减弱。

8 总结与展望

现有研究表明，离子对相互作用通常比氢键具有更广的底物适应性，但后者能提供更高的选择性。未来突破需要：（1）阐明控制选择性的关键结构要素；（2）发展原位可调的动态相互作用体系；（3）建立定量构效关系模型。随着这些问题的解决，NCIs导向的催化策略有望成为连接精准合成与通用性催化的桥梁，为复杂分子构建提供更强大的工具。