在过去的二十年中，硼化已成为替代许多原料化学品中发现的大量非活性碳氢键的一种手段。 氢原子转移（HAT）工艺可以克服惰性C（Sp3）-H键的强键解离能（BDES），从而将原料烷烃转化为高附加值的精细化学品。 然而，HAT试剂的高反应性，加上不同C（Sp3）-H键强度之间的微小差异，使得直链烷烃的位点选择性转化成为一个巨大的挑战。
这里中山大学胡鹏教授等提出了一种在具有小空间位阻的底物中的光催化分子间自由基采样工艺，用于铁催化的末端C（Sp3）-H键（包括非支链烷烃）的硼酸化反应. 机理研究表明，该反应通过可逆的HAT过程进行，然后是碳自由基的选择性硼酸化，硼-亚砜络合物可能有助于观察到的高末端区域选择性。
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背景：
长期以来，化学家们一直在寻求通过C-H键官能团化，将非反应性原料烷烃高效、可持续地转化为增值的精细化学品。 过渡金属催化的出现使芳香族化合物中C（Sp2）-H键和具有定向基团的底物中C（Sp3）-H键的功能化取得了长足的进步。 尽管如此，以选择性方式直接改性惰性烷烃仍然是一个重大挑战，只有少数使用***催化剂的开创性研究报道。 此外，C-H键与过渡金属催化剂的反应性通常取决于相应的键酸度（图1A），末端炔烃和芳香族环优先与烷烃碎片反应，导致底物限制C（Sp3）-H键的功能化。
相反，C-H键对均相溶液的活性主要取决于键的解离能（BDE），C（sp3）-H键的BDE水平最低（图1A）。 因此，通过活化物质，C（Sp3）-H键的裂解可以通过HAT（氢原子转移）过程与芳烃、烯烃甚至末端炔烃部分相容，而C（Sp3）-H键被切割形成烷基自由基以进行进一步反应。 尽管 HAT 是各种化学、环境和生物过程中必不可少的机制，但传统的 HAT 反应通常需要应用化学计量 HAT 前体或恶劣条件。 在分子内，HAT策略已被用于含有可产生自由基的定向基团的基质中，从而促进远端C-H键的裂解。
然而，在温和条件下实现 C（sp3）-H 键的分子间均相分离通常需要使用高活性的 HAT 试剂，这些试剂通常表现出低区域选择性并导致产物混合物。 C（sp3）-H键之间溴二苯醚值的微小差异是选择性差的另一个原因，尽管热力学亚甲基或甲基由于键强度较低而成为首选反应位点（图1B）。 为了解决这个长期存在的问题，一些巧妙的研究使用了具有不同空间位阻或不同电子性质的具有C（sp3）-H键的底物来生产区域选择性C（sp3）-H功能化产物。 然而，实现简单烷烃的选择性修饰，特别是非支链的末端官能团化，是一个巨大的挑战（图1B）。
学习什么
在本文中，考虑了两种一般途径来解决使用正己烷作为模型分子的区域选择性挑战（图1c）。 第一种途径涉及区域选择性 HAT，然后是功能化。 然而，由于前面提到的困难，该过程迄今为止仅实现了适度的末端选择性。 例如，以前已经报道了使用原位形成的氯自由基-硼“酸”复合物作为选择性HAT催化剂在空间位阻基底末端的甲基选择性硼化。这种方法抽象了空间上不受阻碍的c（sp3）-h键，并实现了不寻常的选择性。 然而，当应用于戊烷等直链基材时，该系统表现出不令人满意的区域选择性。
第二种途径从非选择性HAT步骤开始，该步骤能够形成初级和二级自由基，然后是自由基采样程序，以形成末端功能化产物。 非反应性次级自由基通过反向HAT反应恢复为底物分子（图1C），当系统能够根据空间位阻区分初级和次级自由基时，这种策略似乎更可靠。 氯化铁（III）已被确定为通过光诱导配体到金属电荷转移（LMCT）过程产生氯自由基的有前途的前体。
图1通过HAT在非支链烷烃中实现c(sp3)-h关键的选择性挑战
图2简单基材的范围。
图3进一步的应用。
图4机理研究。
图5进一步提出了该机制
综上所述，采用三氯化铁光催化技术对具有不同空间位阻的非支链烷烃和底物进行了区域选择性c（sp3）-h硼基化。 与传统的金属催化方法不同，该方法能够选择性地对C（Sp2）-H键和C（Sp）-H键上的C（Sp3）-H键进行功能化，表现出广泛的官能团耐受性。 该策略为HATs区域选择性C（sp3）-H键的功能化提供了一种简单方便的方法，特别是对于空间位阻挑战较小的衬底。
miao wang, yahao huang, peng hu*,terminal c(sp3)-h borylation through intermolecular radical sampling, science (2024).