这篇文章《Synthesis of Imidazole Adducts of BH3, BF3, and B3H7 and Comparison of Their Nucleophilic Substitution Reaction Activity》由贾瑞昌、曹磊、贾思涵、方飞、范子恒、潘乔静、马艳娜和陈学年等人共同完成，发表在2025年《中国化学学报》（chin. j. chem.）第43卷，第925-930页。本文主要探讨了不同的硼烷（borane）配合物与咪唑（imidazole）在亲核取代反应中的活性比较，特别是三硼烷（B3H7）配合物在此类反应中的表现。

一、学术背景与研究意义

该研究属于有机化学领域，尤其是有机硼化学和亲核反应的研究。硼烷（borane）作为路易斯酸，已被广泛用于促进各种化学反应，尤其是有机反应中的亲核取代反应。硼烷通常不能独立存在，因为硼原子的电子缺陷使得其容易与路易斯碱形成配合物，从而影响反应的催化性能。在过往的研究中，关于硼烷配合物对路易斯碱的影响已有一定的探讨，但较少有研究深入探讨硼烷对咪唑类路易斯碱反应性影响的系统性分析。为此，本研究旨在通过合成不同硼烷（BH3、BF3和B3H7）与N-甲基咪唑的配合物，比较其在亲核取代反应中的反应性和选择性，进而为硼烷在有机合成中的应用提供理论依据。

二、研究工作流程

本文的实验工作可分为几个主要部分：合成不同的硼烷咪唑配合物、测试这些配合物与不同亲核试剂的反应性、分析结果并比较不同配合物在亲核取代反应中的活性。

1. 合成硼烷咪唑配合物
   首先，研究人员合成了N-甲基咪唑与BH3、BF3、B3H7的配合物（1a、1b、1c）。这些配合物是通过将N-甲基咪唑与相应的THF·硼烷溶液（如THF·BH3、ET2O·BF3或THF·B3H7）在室温下反应得到的，反应经过柱层析纯化后得到纯品，并通过核磁共振（NMR）等方法表征确认其结构。

2. 亲核取代反应的测试
   接下来，研究者考察了这三种配合物与不同亲核试剂（如甲基碘（MEI）、二硫化二甲基（Me2S2）、四溴化碳（CBR4）、三甲基氯硅烷（TMSCl）等）的反应性。所有反应均在氮气气氛下进行，实验结果表明B3H7配合物（1c）比BH3（1a）和BF3（1b）配合物具有更高的反应性，尤其是在反应时间和反应产物的产率上表现出显著差异。

3. 亲核取代反应的条件优化与产物分析
   在研究过程中，研究人员对不同基底和亲核试剂的用量进行了优化。例如，当使用1c配合物与MEI反应时，增加碱和亲核试剂的量（如使用LIHMDs和MEI的3倍摩尔比）能显著提高产率。通过核磁共振（NMR）分析，研究人员获得了详细的反应产物数据，并推测了B3H7配合物的更高活性可能与其独特的σ芳香性及形成双氢键的能力有关。

三、研究结果

1. 硼烷配合物的反应性比较
   研究显示，B3H7配合物（1c）具有比BH3（1a）和BF3（1b）更高的反应性。在与甲基碘（MEI）反应时，1c的反应速率明显更快，产物的产率也更高（例如，使用LIHMDs作为碱时，1c的反应产率达到95%）。相对而言，1a的反应活性较低，即使延长反应时间至24小时，产物的产率仍然较低。

2. 亲核取代反应的选择性与稳定性
   研究还表明，1c在亲核取代反应中的选择性较强。比如，在溴化反应中，B3H7配合物显示出较好的选择性，能够生成2,5-二溴代咪唑（7ca）的高产率。而对于1b，尽管反应时间较长，但其产物更倾向于2-溴代咪唑的生成。这表明，B3H7的较高选择性可能与其特殊的电子结构和与咪唑的相互作用有关。

3. 配合物的去硼化反应
   在研究的最后阶段，研究者还探讨了B3H7配合物的去硼化反应，即如何去除B3H7部分得到相应的咪唑衍生物。研究发现，使用甲醇与水的混合物在回流条件下，可以有效地去除B3H7部分，得到纯净的咪唑类产物，且产率在92%-98%之间。

四、结论

本研究成功合成了N-甲基咪唑与三种硼烷（BH3、BF3、B3H7）的配合物，并系统地比较了它们在亲核取代反应中的活性、稳定性和选择性。研究结果表明，B3H7配合物不仅在反应性和稳定性上优于BH3和BF3配合物，而且在溴化反应和去硼化反应中的选择性也更高。B3H7的高反应性和选择性可能与其独特的电子结构和芳香性有关。此外，B3H7配合物在去硼化后能够得到高纯度的咪唑衍生物，为有机合成提供了一种简便、温和的功能化策略。

五、研究亮点

1. B3H7配合物的高反应性与选择性
   本研究发现，B3H7配合物在与不同亲核试剂反应时，显示出比其他两种硼烷配合物更高的反应性和选择性，尤其是在溴化反应中，B3H7配合物的表现优异。

2. 新颖的去硼化策略
   通过甲醇和水的混合物回流，研究人员成功去除了B3H7部分，获得了高纯度的咪唑衍生物，这一方法为咪唑类化合物的功能化提供了简便而高效的途径。

3. B3H7配合物在有机合成中的应用前景
   本研究为B3H7在有机合成中的应用提供了理论依据，尤其是在咪唑类化合物的合成和功能化中，B3H7配合物具有广泛的应用潜力。

六、总结与展望

本研究通过对不同硼烷咪唑配合物的亲核取代反应性能的比较，为硼烷在有机化学中的应用提供了新的见解。未来的研究可以进一步探索B3H7配合物在其他类型的有机反应中的应用，并优化其合成路线，以提升反应效率和选择性。此外，B3H7配合物的去硼化反应也值得进一步研究，以探索其在更多领域中的应用可能。