近期，上海科技大学物质科学与技术学院高得伟课题组发展了一种高效、高选择性的硼-杂原子官能团交换反应，克服了传统自由基化学中一级自由基不稳定的固有挑战，能高选择性地将一级碳硼键转化为多种杂原子官能团。相关研究成果发表于中国化学会（Chinese Chemical Society）创办的学术期刊CCS Chemistry。
小分子药物结构中通常含两个及以上杂原子的官能团，这些官能团在药物分子中发挥着关键作用（图1A）。频哪醇硼酸酯（BPins）因其易于转化的特性，为功能基团的引入提供了高效途径。在众多含硼化合物中，1,n-双硼化合物凭借其分子内含有两个不同C–B键反应位点的独特结构而备受关注。这种结构特性允许引入双功能基团，显著简化药物及功能分子的合成路线。由于不同C–B键化学环境的相似性，在多重碳硼键的转化中往往难以精准调控反应的选择性。目前研究虽已实现1,2-或1,3-双硼的选择性转化，但仅适用于特定类型的双硼化合物（如1,2-或1,3-双硼）。值得注意的是，当前研究主要集中于C–B键到C–C键的选择性转化，而C–B键到C–X键（X为杂原子或其他官能团）的选择性转化仍亟待发展。
图1. 含杂原子药物以及1,n-双硼选择性转化
上海科技大学高得伟课题组长期围绕有机硼的手性迁移化学与可控转化开展研究工作。在这项工作中，他们利用易得的邻苯双酚启动自由基链式反应，实现了选择性硼-杂原子官能团交换反应。该策略成功应用于糖基衍生的1,n-双硼化合物体系，实现了糖类分子的模块化修饰与合成，并对分子中复杂的立体化学环境展现出优异的兼容性（图2）。
图2. 选择性B–X官能团交换反应
研究人员通过串联反应策略，一锅法依次实现苯巯基化和光催化脱硼炔基化反应，以43%的分离收率成功获得双官能团化产物21，完成了两个C–B键的差异化修饰。对标准产物中的二级碳硼键实现了多种转化，包括Zweifel烯基化、铜催化亲电偶联反应以及氧化反应。而后对氧化产物26进行了Mitsunobu叠氮化反应，生成化合物27。该化合物能够进一步进行转化，如通过铜催化的叠氮-炔环加成反应（CuAAC）可高效引入三氮唑结构单元，以及经由Staudinger还原-酰化串联反应，一步构建Boc保护的仲胺衍生物。研究人员还将选择性硼杂原子交换反应应用于高附加值生物活性分子的高效合成，以进一步证明该方法的实用性。从简单的双硼化合物出发，仅需几步简单的转化，即可实现两类重要生物活性分子的高效合成。这一选择性硼杂原子交换反应的建立将为相关药物研发提供了新的分子构建方法（图3）。
图3. 转化应用研究
机理研究表明，该反应通过硼酯交换过程，在邻苯双酚的辅助下产生一级自由基，随后自由基与PhSO2X试剂反应生成目标产物与苯磺酰自由基中间体。值得注意的是，苯磺酰自由基中间体与Bpin取代的双硼化合物直接作用，发生自由基链式反应。该合成方法可应用于生物活性分子的高效构建，充分展现了其在合成化学与药物研发领域的应用前景，以及其在分子后期功能化修饰中的潜在应用价值。
上海科技大学物质学院高得伟课题组博士研究生陈昂为该论文的第一作者，高得伟教授为该论文的唯一通讯作者，上海科技大学为唯一通讯单位。
论文标题：Selective Boron-Heteroatom Functional Group Exchange Reactions
论文链接：https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.025.202505879
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