这篇文档属于类型b(综述类论文),以下是针对该文献的详细学术报告:
作者及机构
本文由Yonghao Fan(武汉工程大学化学与环境工程学院;山东大学化学与化工学院)、Jingjing Cui*(武汉工程大学化学与环境工程学院)和Lingbing Kong*(山东大学化学与化工学院)合作完成,发表于*European Journal of Organic Chemistry*(Eur. J. Org. Chem.)2022年特刊“Boron Chemistry”专栏,DOI编号10.1002/ejoc.202201086。
主题与背景
论文题为《Recent Advances in the Chemistry of Iminoborane Derivatives》,系统综述了亚氨基硼烷(iminoborane,化学式RB≡NR’)衍生物的最新研究进展。亚氨基硼烷是一类不饱和有机硼化合物,与炔烃(alkynes)为等电子体,但因B≡N键的极性更高而表现出更强的反应活性,在配位化学、合成化学及材料科学中具有广泛应用。本文重点总结了新型稳定亚氨基硼烷衍生物的合成方法、结构特征及多样化反应性,并展望了该领域的潜在研究方向。
主要观点与论据
1. 亚氨基硼烷的合成策略突破
传统合成方法依赖小分子消除反应(如三甲基卤硅烷、卤化氢或氮气的消除)。近年来,研究者通过以下创新路径实现了多样化衍生物的构建:
- 经典二有机基亚氨基硼烷:碱促进的脱卤化氢反应是主要路径,例如Power课题组通过NaHMDS(双三甲基硅基氨基钠)处理氨基硼烷前体,合成了线性B≡N键结构的化合物(B-N键长1.254 Å,¹¹B NMR化学位移10.6 ppm)。
- B-金属亚氨基硼基配合物:Braunschweig团队通过过渡金属(Pd、Pt、Rh)氧化加成反应,合成了含B-M键的亚氨基硼烷,其¹¹B NMR信号显著低场位移(22.0–33.6 ppm),表明金属配位对B≡N键极性的调控作用。
- 硼亚氨基锂(Boraiminolithium):Kong课题组通过脱卤化氢/去质子化反应,首次合成了室温稳定的硼亚氨基锂(¹¹B NMR 18.9 ppm),其 dimeric 结构中B≡N键长为1.258 Å,为BN类似物化学提供了新思路。
2. 路易斯碱配位稳定化
亚氨基硼烷的B≡N键极性可通过路易斯碱配位降低,从而提升稳定性。例如:
- 分子内配位:Cui团队报道的首例亚胺支撑的亚氨基硼烷(23)通过分子内配位形成平面五元环,B≡N键长延长至1.340 Å(¹¹B NMR 23.5 ppm),表明π键特性减弱。
- 卡宾配位:Bertrand课题组利用环状(烷基)(氨基)卡宾(CAAC)诱导三甲基硅基卤化物消除,合成了中性配位亚氨基硼烷(28a-b,B-N键长1.300–1.304 Å)。
- NHC(氮杂环卡宾)双重作用:Kong和Cui团队证明NHC既可作布朗斯特碱促进脱卤化氢,又可作为路易斯碱直接配位,合成了热稳定性高达100℃的加合物(如30,¹¹B NMR 16.5 ppm)。
3. 反应性扩展与应用
亚氨基硼烷的极性B≡N键可参与多种反应,包括:
- 1,2-加成反应:如Braunschweig团队报道的B-金属亚氨基硼烷与水或苯胺的加成(产物52–53,¹¹B NMR 31.7–32.5 ppm),以及氨硼烷(NH₃·BH₃)的转移氢化反应(产物64,B-N键长1.613 Å)。
- 环加成反应:
- 与CO₂的可逆[2+2]环化:Cui团队合成的加合物71(¹¹B NMR 6.8 ppm)在加热至180℃时可定量释放CO₂,展示了其在CO₂捕获中的潜力。
- 与炔烃的催化环化:Rh催化下,亚氨基硼烷与炔烃发生[2+2+2]环化生成1,4-氮杂硼啉(80,¹¹B NMR 48.0 ppm),为BN杂环芳烃合成提供新途径。
- BN三键断裂:Braunschweig团队通过硅烯(silylene)插入实现了B≡N键的完全断裂(产物113,B-N单键长1.595–1.622 Å),为BN键活化提供了罕见案例。
4. 新型BN-1,3-偶极体的发现
Kong团队合成的单碱稳定1,2-二硼亚基肼(47)具有BNN-1,3-偶极特性(¹¹B NMR 33.7⁄2.8 ppm),可通过分子内亲电硼化芳环构建稠合BN杂环(97a-b)。该反应突破了传统1,3-偶极环化的局限,为BN共轭体系拓展了设计空间。
意义与价值
1. 科学价值:系统总结了亚氨基硼烷化学的突破性进展,特别是新型稳定衍生物(如金属配位、阳离子型、BN-偶极体)的合成与反应性,丰富了主族元素不饱和键化学的理论体系。
2. 应用潜力:亚氨基硼烷在CO₂捕获、催化转化及功能材料(如BN杂环芳烃)构建中展现出独特优势,为绿色化学与材料科学提供了新工具。
3. 未来方向:作者指出,发展B≡N键构成的线性π共轭寡聚物及聚合物是挑战性方向,有望在光电器件和分子磁体等领域实现应用。
亮点
- 方法创新:如硼亚氨基锂的合成实现了BN类似物的金属化转移反应;NHC双重作用简化了配位亚氨基硼烷的制备流程。
- 反应性突破:首次报道了亚氨基硼烷作为“杂烯炔”参与狄尔斯-阿尔德反应,以及BNN-偶极体的分子内芳环硼化反应。
- 结构多样性:涵盖中性、阳离子型、金属配位及BN-偶极体等多种衍生物,为BN化学开辟了多维研究空间。
该综述通过翔实的实验数据与机理分析,为研究者提供了亚氨基硼烷化学的全面视角,并指明了未来探索的 frontier 领域。