1,1-和1,2-二硼基烯烃：制备与合成应用

《Advanced Synthesis & Catalysis》：1,1-and 1,2-Diborylalkenes: Preparation and Synthetic Applications

　　

本综述旨在突出1,1-二硼基烯烃和1,2-二硼基烯烃的合成及反应活性的最新进展，以及导致C?C、C-杂原子和多组分产物的多种转化。研究涵盖了从烯烃、炔烃和羰基前体合成双(硼酸酯)（bis(boronates)）的对称和非对称策略，包括金属催化、碱促进和有机膦介导的方法。除了展示它们在构建用于药物化学的复杂分子框架方面的多功能性外，烯基双(硼酸酯)（alkenyl bis(boronates)）还用于区域选择性转化。通过提供全面且实用的资源，本综述旨在帮助研究人员探索1,1-和1,2-烯基双(硼酸酯)（1,1 and 1,2-alkenyl bis(boronate)）化合物的合成应用。

2 二硼基烯烃的合成

2.1 1,1-二硼基烯烃的合成

已开发出大量合成1,1-二硼基烯烃的途径，具体取决于C?B键形成的策略。最早由Matteson报道的方法使用多硼化碳负离子亲核试剂与醛或酮反应，缩合消除B?O物种。另一种策略基于分步步骤：先从有机化合物制备含单硼基的有机金属化合物，然后引入第二个硼基。另一种主要替代方法涉及使用B?B试剂将两个硼基同时引入有机化合物（烯烃或炔烃）中。

2.1.1 对称1,1-二硼基烯烃的合成

2.1.1.1 烯烃和酮的偕二硼化

自2018年以来，报道了更多烯烃的偕二硼化反应。2019年，Zhao等人探索了铑催化乙烯基酯与双(频哪醇基)二硼烷（B₂pin₂）的硼化反应，根据溶剂和碱的不同可获得单硼化或二硼化烯烃。同一年，Hosoya等人使用铑催化剂开发了2-芳基乙烯基硫化物的偕二硼化反应。机理研究表明，反应通过硼化C?S键断裂及随后的脱氢硼化逐步进行。Yamaguchi等人报道了铜催化烯烃的选择性脱氢硼化，通过负载氢氧化铜催化剂在无配体和碱条件下实现，通过简单调整反应条件可选择性地得到β-单硼基或β,β-二硼基苯乙烯。Watson等人于2021年报道了使用硼基-Heck反应从末端烯烃合成1,1-二硼基烯烃，该反应适用于芳香族和脂肪族烯烃，使用B-溴儿茶酚硼烷（catBBr）和钯催化剂，随后用频哪醇处理。酮也可用于合成1,1-二硼基烯烃。例如，Zhao等人描述了铑催化芳基酮的脱氧硼化反应，机理研究表明酮先通过Rh催化脱氧生成烯烃，随后Rh催化脱氢硼化形成乙烯基硼酸酯和二硼化产物。

2.1.1.2 末端炔烃的偕二硼化

另一条途径是末端炔烃与B₂pin₂通过顺序C?H硼化和氢硼化进行1,1-二硼化。这一过程可在钴等金属催化剂存在下进行。近年来也描述了锌催化方法：Ingleson等人报道有机锌化合物与频哪醇硼烷（HBpin）发生转金属化产生Zn?H物种和有机硼酸酯。该过程允许锌氢络合物用于催化硼化反应。Zhang课题组使用三氟甲磺酸锌催化剂，通过顺序C?H硼化和氢硼化得到1,1-二硼化烯烃。Ma等人使用溴化锌作为化学选择性催化剂，在温和条件下实现了末端炔烃与HBpin的脱氢硼化。最近，Zhou等人开发了LuCl₃/ZnI₂共催化末端炔烃的1,1-二硼化反应。Hu等人报道了钴催化的末端炔烃1,1-二硼化反应，使用B₂pin₂与商业钴盐和空气稳定的双N-杂环卡宾（NHC）取代吡啶配体。末端炔烃的1,1-二硼化也可在无过渡金属催化剂条件下进行。2022年，Nguyen等人报道了磷腈P1-tBu作为超强碱有机催化剂，促进芳香族末端炔烃在无溶剂条件下与HBpin的1,1-二硼化反应。2023年，同一课题组通过调整反应时间、硼化试剂计量和催化剂用量，实现了选择性生成1-硼基炔烃、1,1-二硼基烯烃或1,1,1-三硼基烷烃。Xiao课题组报道了在室温下使用有机碱2-叔丁基-1,1,3,3-四甲基胍（BTMG）催化末端炔烃与双(2,4-二甲基戊烷-2,4-二醇基)二硼（B₂Oct₂）的1,1-二硼化反应。

2.1.1.3 从双(硼基)甲烷合成对称1,1-二硼基烯烃

P. Renaud等人描述了从商业原料出发，通过简单多克级两步法合成1,1-二硼基烯烃：用四甲基哌啶锂（LiTMP）去质子化双(硼基)甲烷，然后用氯甲基甲醚处理得到2-甲氧基-1,1-二硼基乙烷，再经LiTMP处理后消除甲醇锂得到纯的2,2'-(乙烯-1,1-二基)双(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼烷)。

2.1.2 非对称1,1-二硼基烯烃的合成

已开发出多种合成非对称1,1-二硼基烯烃的途径。最常见的方法是使用非对称二硼试剂。另一种策略基于分步步骤：先制备单硼基炔烃，然后引入第二个硼基。另一主要策略涉及偕二硼基烯烃的转硼化反应。

2.1.2.1 末端炔烃的偕二硼化

Chirik课题组使用非对称试剂pinB-Bdan在钴催化下，末端炔烃的1,1-二硼化导致立体选择性形成三取代烯烃，Bdan基团位于烯烃烷基取代基的反式位置。作者报道两个硼取代基的差异反应性允许在Bpin基团上进行选择性Suzuki-Miyaura交叉偶联（SMCC）。Marder等人报道了NaO^tBu催化的混合1,1-二硼化反应，得到带有正交硼保护基团的1,1-二硼基烯烃。DFT计算表明反应通过末端炔烃去质子化、pinB-Bdan逐步加成到末端碳，然后与^tBuOH质子化进行。Engle等人报道了铜催化的串联过程：先与HBdan进行脱氢硼化，然后与HBpin进行氢硼化，该方法具有E-选择性。Lyu等人报道了通过末端炔烃与中性sp²–sp³二硼试剂(NHC)BH₂-Bpin反应立体选择性合成非对称1,1-二硼基烯烃。由于sp²和sp³硼基的化学差异，可实现逐步可控衍生化。

2.1.2.2 1,1-二硼基烯烃的转硼化反应

2021年，Fernandez等人描述了1,1-二硼基化合物与双(己二醇基)二硼（B₂hex₂）或双(新戊二醇基)二硼（B₂neop₂）在无金属、无碱或添加剂条件下的转硼化反应。反应在MeOH中于90°C进行，立体选择性生成混合2-芳基-1,1-二硼基烯烃。DFT计算提出的机理表明二硼被醇溶剂产生的烷氧基催化活化。2022年，同一课题组报道了1,1-双(频哪醇硼基)烯烃与双-(+)-蒎烷二醇基二硼或(4S,4'S,5S,5'S)-4,4',5,5'-四苯基-2,2'-双(1,3,2-二氧杂硼烷)之间的类似转硼化反应，制备手性混合2-芳基-1,1-二硼基烯烃。2023年，Masarwa等人报道了合成含有不同硼的三取代和四取代化合物的方法，包括三氟化、将三氟硼酸盐-烯烃转化为Bdan-烯烃以及MIDA化反应。

2.2 1,2-二硼基烯烃的合成

1,2-二硼基烯烃是有机化学中最令人着迷的化合物类别之一，以其作为不同合成应用构建块的多功能性和实用性而闻名。它们通过炔烃的二硼化反应合成，该反应可由多种金属催化，包括铂、钯、钴、铜、铱和金。

2.2.1 顺式-1,2-二硼基烯烃的合成

顺式-1,2-二硼基烯烃的合成通常通过炔烃的氢硼化或二硼化进行。多种铂催化剂已被用于炔烃的二硼化，四(三苯基膦)铂（Pt(PPh₃)₄）是最常见的一种。2020年，Tsuchimoto等人报道了炔基-B(dan)作为前体，在铂催化下与B₂pin₂发生二硼化生成三硼基烯烃。Szyling等人报道了使用相同催化剂对对称和非对称1,3-二炔进行二硼化。Ganesh等人报道了铂催化四取代硼基烯炔的二硼化。Panda等人证明Pt(PPh₃)₄高效催化1,3-烯炔MIDA硼酸酯的二硼化。Xu等人报道了铂催化的二炔基硅烷单侧二硼化。Saito等人报道了使用Pt(dba)₃催化炔烃与1,8-二氨基萘保护的二硼酸（B₂dan₂）的二硼化反应。Yoshida等人报道了铂催化下使用(pin)B–B(aam)在微波条件下进行非对称二硼化。Li等人使用铂/β-环糊精聚合物（Pt/CDP）催化剂实现了取代苯乙炔的二硼化。Guo课题组开发了单原子铂催化剂用于炔烃二硼化。其他金属催化方法包括：Ozerov等人报道了铱催化下使用HBpin对炔烃进行脱氢二硼化（DHDB）。Ding等人报道了铱催化内炔烃的硼化，通过溶剂和硼试剂的选择控制氢硼化或二硼化。Petit等人报道了低价钴(I)催化的炔烃氢硼化和二硼化。Hayashi等人开发了钌催化的内炔烃二硼化。Radius等人报道了镍催化的1,2-二硼化反应。非过渡金属催化方法包括：2020年Yorimitsu等人使用元素钠实现炔烃的立体选择性顺式-1,2-二硼化。2018年Huang课题组使用LiOH催化pinB-Bdan或B₂pin₂进行炔烃的二硼化。2019年Song等人使用碳酸钾在温和条件下催化炔烃的二硼化。Marder课题组报道了无金属膦催化的1,3-二炔与B₂pin₂的顺式-1,2-二硼化反应。

2.2.2 反式-1,2-二硼基烯烃的合成

与顺式-1,2-二硼基烯烃相比，反式衍生物相对罕见且更难合成。已知文献中仅有一例从烯烃合成反式-1,2-二硼基烯烃的报道：2017年Huang等人报道了钴催化末端烯烃的区域发散性脱氢硼化，通过钴预催化剂的位阻调控选择性，使用空间位阻较大的预催化剂1a可选择性地将芳基取代末端烯烃转化为1,1-二硼基烯烃，而使用位阻较小的预催化剂1b则有利于生成(Z)-1,2-二硼基烯烃。大多数反式-1,2-二硼基烯烃从炔烃和B₂pin₂开始合成。2019年Yorimitsu等人描述了碱金属催化的炔烃还原性二硼化，通过中间体1,2-二硼基-1,2-二金属烷烃，用2,3-二溴丁烷氧化得到(E)-1,2-二硼基烯烃。2019年Marder课题组报道了铜催化末端炔烃的三硼化反应得到1,1,2-三硼基烯烃，然后将其用于合成非对称反式-二芳基二硼基烯烃。2021年Kleij等人报道了铜介导的炔烃碳酸酯立体选择性硼化，直接得到(E)-1,2-二硼化1,3-二烯。2021年Kirchner等人首次报道了锰(I)催化的末端炔烃反式-1,2-二硼化反应。2023年Yorimitsu等人使用异丙氧基频哪醇硼烷（iPrOBpin）作为硼源，通过高还原性钠分散体/环戊基溴化镁体系实现了芳香内炔烃的反式-1,2-二硼化。

2.2.3 非对称反式-1,2-二硼基烯烃的合成

已有一些关于非对称反式-1,2-二硼基烯烃合成的报道。2017年Santos等人报道了使用非对称二硼试剂pinB-Bdan对炔酰胺进行无过渡金属的反式-二硼化反应，区域选择性在α-和β-碳上分别安装Bdan和Bpin基团。2020年Hirano等人报道了通过n-BuLi和B₂pin₂对炔烃进行亲核二硼化获得1-硼吩那烯。最近，Su等人发表了使用氢化钠作为碱，对炔丙醇进行温和的反式-二硼化反应。

3 二硼基烯烃的反应活性

3.1 1,1-二硼基烯烃的反应活性

3.1.1 1,1-二硼基烯烃的立体选择性反应

偕二硼基烯烃可参与一系列立体选择性反应，包括交叉偶联、烯丙基取代和Michael加成。Xi等人描述了通过钯催化硼基乙烯基碘苯衍生物的[4+4]环状同偶联合成二苯并[a,c]环辛四烯。Li等人将偕二硼基烯烃用于Suzuki-Miyaura偶联反应构建轴向手性四取代苯乙烯，产物中的烯基硼酸酯可进行多种转化。Fernandez课题组展示了1,1-二硼基烯烃通过CuI-膦催化烯丙基偶联合成(Z)-跳跃二烯。同一课题组进一步研究了β,β-二硼基丙烯酸酯的立体选择性C?B活化，合成了(Z)-α-硼基烯基铜(I)中间体并用于烯丙基烷基化。2019年Liang等人探索了铑催化1,1-二硼基烯烃与环状α,β-不饱和酮的1,4-加成反应。Murakami课题组报道了钯(I)介导的1,1-二硼基烯烃与醛在手性磷酸(R)-TRIP存在下的不对称烯丙基硼化反应。Chen等人报道了铜催化1,1-双硼基-1,3-丁二烯的立体选择性1,4-质子硼化，然后通过手性磷酸催化醛的不对称烯丙基硼化合成6'-硼基-反式-1,2-氧硼英-3-烯。同一课题组还报道了铜催化1,1-双硼基-1,3-丁二烯的不对称碳硼化反应。

3.1.2 双键的转化

2021年Masarwa等人报道了对称和非对称偕二硼基烯烃与各种二烯的Diels-Alder反应。2022年同一课题组描述了立体发散性合成偕二硼基环丙烷的方法，通过Pd(OAc)₂催化的偕二硼基烯烃与α-重氮芳基乙酸酯和α-重氮芳基三氟甲基的环丙烷化反应。Fernandez等人报道了钯催化1,1-二硼基烯烃与(三甲基硅基)重氮甲烷（TMSDM）插入的立体选择性环丙烷化反应。最近Masarwa课题组报道了光敏化[2+2]环加成反应，合成1,1-二硼基环丁烷。偕二硼基烯烃还可通过金属催化还原转化为偕二硼基烷烃：Panda课题组报道了Pd催化氢化方法；Chirik等人描述了钴催化不对称氢化反应。

3.1.3 1,1-二硼基烯烃的合成应用

偕二硼基烯烃已用于合成多环芳烃（如稠合芴、菲、三亚苯和二苯并[g,p]?）。Hiyama课题组描述了通过钯催化双交叉偶联合成二苯并富瓦烯。2020年Ogawa等人使用1,1-二硼基乙烯作为关键试剂，通过SMCC和自由基环化合成了嵌入连续薁单元的螺旋纳米石墨烯。偕二硼基烯烃还用于合成对映选择性亚砜还原酶的探针。

3.2 1,2-二硼基烯烃的反应活性

1,2-二硼基烯烃因其在单个或两个硼中心的官能化选择性而成为高度通用的合成构建块。

3.2.1 顺序区域选择性SMCC反应

1996年Miyaura等人首次报道了顺序Suzuki-Miyaura偶联策略。(E)-1,2-双(硼基)-1-己烯区域选择性地与芳基、1-烯基、苄基和烯丙基卤化物交叉偶联。1997年Armstrong等人利用顺序SMCC合成了他莫昔芬及其类似物。Marinetti课题组利用1,2-二硼基烯烃的分步官能化策略合成了手性螺旋烯化合物。2008年Carson等人报道了从连接炔基的芳氧基吡啶基溴化物通过1,2-二硼基烯烃中间体合成苯并吡啶氧杂环庚烷类似物。2014年Nishihara等人开发了选择性合成偕-和vic-二硼基乙烯基硅烷的方法。2020年Tsuchimoto等人从三硼基烯烃出发，通过逐步SMCC策略合成了四取代烯烃。2022年Vankudoth等人合成了三取代烯烃衍生物并评估了其生物活性。

3.2.2 钯催化双交叉偶联反应

2005年Baldoli等人通过1,2-二硼基烯烃与2-碘苯并二噻吩的双Suzuki交叉偶联合成了(Z)-1,2-双(苯并二噻吩基)乙烯，进而光环化得到四噻[7]螺旋烯。Hiyama等人报道了从vic-二硼基化合物与2,2'-二溴联芳基通过双交叉偶联合成官能化多环芳烃。2008年同一课题组报道了从(Z)-1,2-二硼基烯烃与1-溴-2-[(Z)-2-溴乙烯基]芳烃通过双交叉偶联合成多取代萘。2008年Hiyama等人通过Diels-Alder反应合成了1,2-双(频哪醇硼基)环己烯。2010年Y. Yamamoto描述了1,2-二硼基烯烃的双甲氧基羰基化反应。2009年Shimizu课题组开发了钯催化双交叉偶联合成茚和芴骨架。2013年Lin等人利用双Suzuki偶联关键步骤合成了tylophorine衍生物。2017年Nozawa等人报道了通过钯催化SMCC合成meso-芳基化的corrphycene。2018年Alcaide等人合成了蓝色发光的[7]螺旋烯咔唑。

3.2.3 各种区域选择性反应

2010年Suginome和Iwadate使用差异保护的二硼试剂实现非对称炔烃的区域选择性二硼化，然后利用Bpin基团的高反应性进行内SMCC。2011年Yoshida等人报道了芳炔、氧杂环丁烷和有机溴化物的三组分偶联，然后通过二硼化、分子内SMCC和脱硼合成了苯并[b]氧杂环庚烷。2013年Carboni等人研究了1-硅基-2,3-双硼基-2-烯烃的氟化反应。同一课题组还报道了区域和立体控制的borono-Mannich反应合成γ-硼化不饱和氨基酸酯。2017年Carboni等人通过顺序SMCC和分子内borono-Mannich反应合成了1-氨基-1H-茚衍生物。2018年他们开发了顺序铜催化叠氮化和aza-Wittig缩合合成多取代异喹啉的方法。2019年Harrity等人报道了通过二硼化-电环化策略从肟和腙合成硼化吡啶。2019年Murakami课题组报道了钌催化1,2-双(硼酸酯)立体选择性合成anti-γ-硼基取代高烯丙醇。2020年Carboni等人描述了铜介导的从1-烯基-1,2-二硼酸酯和叠氮化钠合成(Z)-1,2-二叠氮基烯烃。2020年Trost课题组报道了钌催化炔烃与2,3-二硼基烯丙基胺衍生物偶联。2022年Carboni等人报道了在Simmons-Smith反应条件下从1-烯基-1,2-二硼酸酯合成环丙基-1,2-双(硼酸酯)。2023年Berrée等人开发了通过双氧化环化合成稠合吲哚并[1,2-a]喹啉和异喹啉-1[2H]-酮衍生物的方法。同一课题组还报道了从1-烯基-1,2-二硼酸酯通过顺序SMCC立体控制合成烯炔和烯二炔。他们还报道了铜催化从烯基-1,2-双(硼酸酯)合成四唑并[5,1-a]异喹啉。2024年Molloy等人报道了通过级联区域选择性SMCC/环化从烯基-1,2-双(硼酸酯)与邻卤苯胺或邻卤苯酚衍生物合成双环硼酸酯。

3.2.4 氟化和氢化

2005年Fernández等人报道了末端炔烃通过1,2-二硼基烯烃与Selectfluor的亲电氟化生成氟化和α,α-二氟羰基化合物。2004年Morken等人报道了铑催化乙烯基双(硼酸酯)的不对称氢化，随后氧化得到1,2-二醇衍生物。2023年同一课题组报道了铂催化(Z)-1,2-二硼基乙烯与氢硅烷的对映选择性氢硅烷化反应。