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亚氨基硼烷衍生物化学的最新进展

期刊:Eur. J. Org. Chem.DOI:10.1002/ejoc.202201086

这篇文档属于类型b,是一篇关于亚氨基硼烷(iminoborane)衍生物化学最新进展的综述文章。

作者及发表信息
本文由Yonghao Fan(武汉工程大学、山东大学)、Jingjing Cui(武汉工程大学)和Lingbing Kong(山东大学)合作完成,发表于《European Journal of Organic Chemistry》期刊,2022年出版,属于“硼化学”专题合集的一部分。

主题概述
亚氨基硼烷(iminoborane)是一类具有R–B≡N–R’结构的不饱和有机硼化合物,与炔烃(alkyne)等电子,但由于其极性的B≡N键,通常表现出更高的反应活性。本文综述了近年来亚氨基硼烷衍生物的研究进展,重点关注新型稳定物种及其多样化的反应性,并探讨了该领域的未来研究方向。

主要观点及论据

1. 亚氨基硼烷的合成方法

亚氨基硼烷的合成主要依赖于小分子(如三甲基卤硅烷、卤化氢、氮气等)的消除反应。近年来,研究者开发了多种新策略,包括:
- 碱促进的脱卤化氢反应:如使用大位阻碱金属酰胺(如LiHMDS、NaHMDS)处理氨基硼烷前体,生成稳定的二有机亚氨基硼烷(diorganoiminoborane)。例如,Power课题组通过NaHMDS脱卤化氢合成了tmp–B≡N–dmp(11B NMR: 10.6 ppm)。
- 过渡金属硼烯配合物的复分解反应:Braunschweig团队通过Cr=硼烯配合物与二异丙基碳二亚胺的复分解反应,合成了亚氨基硼烷4(11B NMR: 2.8 ppm)。
- N-杂环卡宾(NHC)介导的消除反应:Kong和Cui课题组利用NHC同时作为布朗斯特碱和路易斯碱,通过脱溴化氢反应合成了NHC稳定的亚氨基硼烷衍生物(如30和38)。

支撑证据:X射线衍射分析显示,这些亚氨基硼烷具有近乎线性的B≡N键(键长1.190–1.260 Å),11B NMR化学位移在-0.5至13.5 ppm范围内,证实了其三重键特性。

2. 新型亚氨基硼烷衍生物的发现

近年来,研究者成功合成了多种新型亚氨基硼烷衍生物,包括:
- B-金属亚氨基硼基配合物(B-metalla-iminoboryl complexes):如Braunschweig团队合成的Pd/Pt配合物15a–b(11B NMR: 22.0–25.9 ppm),其B≡N键长1.251–1.260 Å,且热稳定性优异(100°C不分解)。
- 硼亚氨基锂(boraiminolithium):Kong课题组通过脱卤化氢/去质子化反应合成了首个稳定的硼亚氨基锂21(11B NMR: 18.9 ppm),其结构为二聚体,B≡N键长1.258 Å。
- 路易斯碱稳定的亚氨基硼烷:如Bertrand课题组报道的CAAC(cyclic alkyl(amino)carbene)稳定的亚氨基硼烷28a–b(11B NMR: 17.4–12.4 ppm),其B≡N键长1.300–1.304 Å。

支撑证据:晶体结构分析和理论计算(如NBO分析)证实了这些衍生物的电子结构和稳定性机制。

3. 亚氨基硼烷的反应性

亚氨基硼烷的极性B≡N键使其能够参与多种反应,包括:
- 1,2-加成反应:如B-金属亚氨基硼基配合物15b与H2O或PhNH2反应,生成trans-加合物52和53(11B NMR: 32.5–31.7 ppm)。
- 环加成反应
- 与CO2的[2+2]环加成:如Cui课题组报道的亚氨基硼烷23与CO2的可逆环化反应,生成螺环产物71(11B NMR: 6.8 ppm)。
- 与炔烃的[2+2+2]环加成:Braunschweig团队通过Rh催化亚氨基硼烷24与非极性炔烃反应,合成了1,4-氮杂硼烯80(11B NMR: 48.0 ppm)。
- 芳构化环加成反应:Kong课题组发现亚氨基硼烷8可与苯甲醛发生类Diels-Alder反应,生成稠合杂环98(11B NMR: 22.0 ppm)。

支撑证据:动力学和DFT计算揭示了反应的协同机制,晶体结构数据(如键长和角度)支持产物的形成。

4. 亚氨基硼烷的转移反应与B≡N键断裂

  • 亚氨基硼烷转移反应:Kong课题组利用硼亚氨基锂21与金属卤化物(如MgBr2、ZnCl2)发生转金属化反应,合成了硼亚氨基镁105(11B NMR: 25.9 ppm)等衍生物。
  • B≡N键断裂:Braunschweig团队报道了硅烯112插入亚氨基硼烷24的B≡N键,生成双环硅亚胺-硼烷113(11B NMR: -1.0 ppm)。

支撑证据:X射线衍射证实了产物结构,11B NMR数据支持反应的高效性。

研究意义与价值

本文系统总结了亚氨基硼烷化学的最新进展,其科学价值包括:
1. 拓展了硼-氮多重键化学的多样性:通过新型合成策略和反应性研究,丰富了亚氨基硼烷衍生物的结构类型。
2. 为功能材料开发提供新思路:亚氨基硼烷的π共轭体系和反应性可用于设计光电材料或催化剂。
3. 揭示了硼化学的独特反应机制:如极性匹配的转移氢化、芳构化环加成等反应,为理论计算和实验研究提供了新方向。

亮点与创新

  1. 新型稳定物种的合成:如首例硼亚氨基锂21和B-金属亚氨基硼基配合物15a–b。
  2. 反应性的突破:首次报道亚氨基硼烷作为杂烯烃参与芳构化环加成反应。
  3. 方法学的创新:如NHC介导的脱卤化氢/配位一体化策略。

本文为硼化学领域的研究者提供了全面的参考,并指出了未来研究方向(如线性π共轭寡聚物的开发),具有重要的学术价值。

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