五没食子酰葡萄糖对金黄色葡萄球菌外排泵的抑制作用

《RSC Advances》：Inhibitory potential of pentagalloyl glucose against efflux pumps in Staphylococcus aureus

研究铜基金属有机框架（Cu-MOFs）HKUST-1和CuBDC对芳基硼酸酯的protodeboronation催化作用。发现K2CO3为碱、氧气为反应环境时，HKUST-1催化产率达98%，CuBDC为95%。大体积底物（如4-tert-丁基苯硼酸酯）产率更高，因MOF孔隙吸附小产物。两种催化剂经三次循环后活性仍保持，HKUST-1结构变化明显但未释放Cu2?。证实Cu-MOFs为高效、可回收的 protodeboronation催化剂。

　　铜基金属有机框架（Cu-MOFs）在有机合成中的催化潜力是一个备受关注的研究领域。这项研究聚焦于HKUST-1和CuBDC这两种常见的Cu-MOFs催化剂，探索它们在芳基硼酸盐脱硼反应中的应用。脱硼反应，即通过将碳-硼键转化为碳-氢键的过程，虽然在某些反应中被视为副反应，但在特定条件下，它也可以被有意利用，以实现更高效的合成路径。本研究中，研究人员在不同碱、气氛和底物条件下，系统地评估了这两种催化剂的性能，并发现它们在优化条件下能够实现高达98%的产率，这表明它们在控制脱硼反应方面具有广阔的前景。

芳基硼酸盐在有机化学中扮演着重要角色，因其独特的反应性、高稳定性以及较低的毒性，使其成为许多反应中易于处理的中间体。它们在偶联反应中作为亲核试剂，如Suzuki-Miyaura、Chan-Evans-Lam和Liebeskind-Srogl反应，广泛应用于构建碳-碳或碳-杂原子键。然而，这些反应常常伴随着脱硼副反应的发生，该反应通常被认为是有害的，因为它会降低目标产物的产率，影响反应的整体效率。因此，理解并控制脱硼反应对于提高有机合成的效率至关重要。

脱硼反应的研究历史可以追溯到1930年，当时Ainley和Challenger发现，在水溶液中，苯基硼酸在140-150°C下与盐（如ZnCl?、CrBr?和CuSO?）共存时，会形成苯。这一现象在随后的几十年中被进一步研究，逐渐从被视为副反应的环节发展为一种有意识的合成步骤。例如，Lai等人在1990年代初研究了钯催化的脱硼反应，而Elford等人在2011年利用脱硼反应作为合成天然产物（+）-erogorgiaene的关键步骤。Veguillas等人则在2013年展示了脱硼反应在Friedel-Crafts烷基化反应中的应用，证明了该反应在有机合成中的潜力。

近年来，研究人员开始关注金属催化剂在脱硼反应中的应用，特别是在过渡金属盐体系中，如铜、银、铱和钴等。这些金属催化剂能够有效促进脱硼反应，但其应用仍主要集中在传统的盐体系中。相比之下，金属有机框架（MOFs）作为一种新兴的可回收的异质催化剂，其结构的可调性和功能化能力使其在有机合成中展现出巨大潜力。MOFs由无机金属节点和有机配体组成，形成多孔结构，这不仅提供了丰富的活性位点，还使得其在反应条件下的性能具有高度的可调控性。因此，探索MOFs在脱硼反应中的应用，成为有机化学研究的一个重要方向。

本研究中，研究人员基于之前对HKUST-1在芳基硼酸盐偶联反应中的优化经验，进一步探讨了其在脱硼反应中的催化能力。HKUST-1和CuBDC是两种结构不同的Cu-MOFs，前者具有三维结构，后者则呈现二维结构。这两种材料在催化性能上表现出一定的差异，其中HKUST-1在优化条件下能够实现高达98%的产率，而CuBDC的产率略低，约为95%。这一结果表明，虽然两者都能作为有效的脱硼催化剂，但HKUST-1在某些条件下表现出更优的催化活性。

研究还发现，底物的大小和取代基的电子效应对脱硼反应的产率有显著影响。较大的底物通常表现出更高的反应效率，这可能与MOFs的多孔结构有关，较大的分子更容易被吸附并参与反应。相反，较小的底物可能因被MOF框架捕获而难以被检测到，从而导致产率偏低。此外，取代基的电子效应也对反应结果产生影响，例如，电子供体取代基的底物往往表现出较低的反应活性，而电子受体取代基的底物则可能更容易发生脱硼反应。这些发现为未来设计更高效的脱硼催化剂提供了重要的参考。

在实验方法方面，研究人员采用了一种在Schlenk管中进行脱硼反应的方案。首先，将10 mol%的HKUST-1或CuBDC催化剂加入反应体系中，然后加入0.4 mmol的芳基硼酸盐和1当量的碱。通过调节气氛（如氧气、氮气或空气），研究人员评估了不同条件下反应的效率。结果显示，在氧气气氛下，HKUST-1和CuBDC的脱硼产率均显著提高，表明氧气在催化过程中起到了重要作用。这与之前的报道一致，即氧气在铜催化的脱硼反应中作为氧化剂，有助于维持催化剂的活性循环。

此外，研究人员还探讨了不同碱对脱硼反应的影响。在一系列碱中，K?CO?表现出最佳的催化效果，其在优化条件下能够显著提高产率，达到98%。相比之下，其他碱如KHCO?、CH?COOK和Na?CO?的产率较低，而NEt?和CsF的产率则相对较高。这表明，碱的种类和浓度对脱硼反应的效率具有重要影响，而K?CO?在本研究中被确认为最优选择。

在催化剂的可回收性方面，研究人员进行了三次循环测试，发现HKUST-1和CuBDC在经历结构变化后仍能保持较高的催化活性。尽管在碱性条件下，MOFs可能会发生一定程度的结构变化，但这些变化并未完全破坏其催化功能。通过X射线衍射（XRD）分析，研究人员观察到HKUST-1在使用后结构发生改变，但其催化性能依然良好。而CuBDC在使用后也表现出类似的可回收性，尽管其XRD图谱中出现了CuO的特征峰，表明部分铜可能被释放到反应体系中。通过原子吸收光谱（AAS）分析，研究人员进一步确认了铜的释放量非常有限，仅为初始含量的0.0024%。这表明，尽管MOFs在碱性条件下可能不完全稳定，但它们仍然能够有效地用于脱硼反应，并在多次循环中保持活性。

研究还探讨了MOFs在脱硼反应中的可能作用机制。研究人员提出，该反应可能通过一种双金属路径进行。首先，氧气氧化了Cu-MOF的铜配合物，生成Cu(III)物种，然后这些物种与芳基硼酸盐、水和碱反应，形成中间体。随后，通过二核Cu(III)的还原消除过程，生成脱硼产物并再生铜催化剂，从而完成催化循环。这一机制解释了为何在氧气气氛下，脱硼反应能够高效进行，并为未来设计更高效的MOFs催化剂提供了理论支持。

总体而言，这项研究展示了铜基MOFs在脱硼反应中的巨大潜力。HKUST-1和CuBDC不仅能够实现较高的产率，还表现出良好的可回收性，这使得它们成为可持续催化反应的重要候选材料。此外，研究还揭示了底物大小和取代基效应在反应效率中的关键作用，为未来的催化剂设计和反应优化提供了重要的指导。随着对MOFs结构和功能的深入研究，它们在有机合成中的应用前景将更加广阔，有望成为一类高效、环保的异质催化剂。