综述：NHC-硼烷通过硼氢化反应构建C–B键的最新进展

本综述系统总结了NHC-BH3作为新型硼源在C–B键构建中的突破性进展。文章详细阐述了通过过渡金属催化、有机催化、光氧化还原催化及生物催化等多种活化模式，实现烯烃、炔烃、芳烃、重氮化合物等底物的高效硼氢化反应。重点讨论了反应机理、区域选择性控制和功能性硼化合物的合成策略，为药物化学和材料科学提供了重要工具。

　　

引言

有机硼化合物在合成化学、药物研发和功能材料领域具有举足轻重的地位。这类化合物不仅是Suzuki-Miyaura偶联反应的关键中间体，更是多种FDA批准药物（如多发性骨髓瘤治疗药物）的核心结构。传统的硼源如HBpin、B₂pin₂等虽广泛应用，但N-杂环卡宾硼烷（NHC-BH_{3^-1），成为构建C–B键的新型高效试剂。}

烯烃的硼氢化反应

有机催化与过渡金属催化体系

2012年Vedejs和Curran开创性地使用Tf₂NH活化NHC-BH₃，实现了脂肪族烯烃的硼氢化反应。随后Parrain团队利用Rh(I)/手性配体催化剂实现了分子内不对称硼氢化，对映选择性高达99.2:0.8。Curran课题组发现碘单质可作为高效活化剂，使苯乙烯类底物以50-80%收率获得α-硼化产物。Ingleson则将该策略拓展至α,β-不饱和酯的α-位硼氢化。

Wang团队发展的极性反转催化策略（AIBN/硫醇体系）显著拓宽了底物范围，使α,β-不饱和羰基化合物、含氰基/磷酸酯基烯烃等都能高效转化。值得注意的是，该体系通过自由基加成路径实现热力学控制的区域选择性，DFT计算证实苯基稳定效应导致α-位选择性优势。

光催化体系

可见光催化为B–H活化提供了新途径。Yang和Chen团队使用Ir(III)配合物催化剂，实现了芳基烯烃的氢硼化反应，并通过SET机制生成硼中心自由基。Zhu团队利用Ir(III)/硫醇协同催化体系，成功实现了α,β-不饱和酰胺的β-位选择性硼氢化，与热催化形成互补。

Wang课题组进一步发展了无金属光催化体系，使用二硫化物或硫醇作为有机光催化剂，实现了烯烃的高效硼氢化。MOF基光催化剂（Zr-TPDCS-1）和十钨酸盐（TBADT）等非均相催化体系的出现，为绿色合成提供了新思路。

级联硼化环化反应

Wang团队开发了1,6-烯炔、1,6-二烯和N-烯丙基氰胺的自由基硼化环化反应，构建了含硼的六元碳环、杂环以及五元脒类化合物。该策略通过硼自由基对不饱和键的加成引发环化，在合成硼功能化多环结构中展现出独特优势。

氟代烯烃的硼氢化/脱氟硼化

针对gem-二氟烯烃和α-三氟甲基烯烃，Wang团队使用ACCN/硫醇体系实现了氢硼化反应，而Wu团队则通过光催化体系实现了脱氟硼化反应。这些方法为含氟硼化合物的合成提供了有效途径，在药物化学中具有重要应用价值。

炔烃的硼氢化反应

苯炔与炔烃的硼氢化

Curran和Taniguchi首次报道了NHC-BH₃与苯炔的自发加成反应，以38-79%收率得到芳基硼烷产物。该反应表现出良好的官能团兼容性，但胺硼烷仅能获得中等收率，其他硼烷加合物则完全不能反应。

反式氢硼化反应

Ingleson使用B(C₆F₅)₃催化末端炔烃与(NHC)9-BBN(H)的反应，专一性地生成Z-式乙烯基硼烷。Taniguchi则通过DTBP引发自由基反应，实现了内炔的E-式选择性硼氢化。Wang团队开发了ZnEt₂介导的炔酰胺反式硼氢化反应，以离子机制构建C–B键。

硼杂环丙烷的意外发现

在DMAD与NHC-BH₃的反应中，意外获得了硼杂环丙烷产物。理论计算表明，该反应通过双硼氢化路径形成两个C–B键，由于NHC的稳定作用，硼杂环丙烷产物具有良好的稳定性。

芳烃的硼化反应

C–H键活化

Ingleson使用I₂催化剂实现了吲哚C2位选择性硼化，提出了亲电加成/硼迁移机制。Curran团队通过光催化实现了缺电子芳烃的1,4-氢硼化，生成硼化环己二烯产物。Cao团队报道了咪唑并[1,2-α]吡啶的C5位选择性硼化反应，遵循Minisci型自由基机制。

C–F/C–S键活化

Wu团队开发了光催化脱氟硼化反应，使用Ir(III)配合物和硫醇协同催化体系，以高达96%收率获得多氟芳基硼化合物。Yang团队实现了无硫醇参与的光催化脱氟硼化，但反应时间较长（48小时）。Chen团队则发展了无金属光催化体系，使用二芳基二硫醚催化剂，在碱存在下实现脱氟硼化。

Matsubara团队报道了苯磺酰基呋咱化合物的脱硫硼化反应，AIBN引发产生的硼自由基优先进攻C3位，区域选择性与碳自由基加成反应一致。

重氮化合物的硼化反应

B–H插入反应

Curran团队先后开发了Rh(II)催化和I₂催化的重氮化合物B–H插入反应。前者具有广泛的底物适应性，后者避免了金属催化剂的使用。Arnold团队利用Rma cyt c酶实现了高对映选择性的生物催化B–H插入反应，为手性硼化合物的合成提供了新方法。

光促碳烯转移反应

Xuan团队发现了无催化剂条件下的光促反应：对于未保护的NHC-BH₃，优先发生环丙烷化/B–H插入串联反应；而对于位阻型NHC-BH₃，则选择性发生B–H插入反应。DFT计算支持环丙烷化/B–H插入的反应路径。

亚胺、酰胺和异氰化物的硼化反应

亚胺的逆氢硼化

Zhu和Xie团队开发了光氧化还原/有机协同催化体系，实现了亚胺碳原子的硼氢化反应，收率31-81%。Kawamoto团队使用二苯二硫醚作为有机光催化剂，在无金属条件下实现了更高效率的反应（收率69-99%，反应时间14小时）。

酰胺的脱氧硼化

Wang团队发展了分步策略：首先使用Ir(I)催化剂和Et₂SiH₂将酰胺半还原为"亚胺"中间体，然后通过光催化体系实现硼氢化反应。该方法的底物范围广，可用于复杂酰胺结构的后期修饰。

异氰化物的硼化环化

Wang团队使用DTBP引发自由基反应，2-异氰基联苯类底物通过硼化/环化序列生成硼化菲啶衍生物（收率最高82%）；而使用AIBN/硫醇体系时，2-异氰芳基硫醚通过同型取代反应生成硼化苯并噻唑产物。

结论与展望

NHC-硼烷作为硼源在C–B键构建中展现出独特优势，多种活化模式（过渡金属催化、有机催化、光催化、生物催化等）的成功开发为有机硼化学注入了新的活力。未来研究应致力于：拓展底物范围（如富电子烯烃、脂肪烃等）；深化反应机理研究；发展不对称硼化反应；结合电化学、流动化学等新兴技术。最近发展的可见光促进烯烃双官能化反应（硼化/吡啶化、硼化/酰化等）为同时构建C–C和C–B键提供了新思路，预示着该领域广阔的发展前景。