宋秋玲/杨凯团队在自由基硼化领域的最新进展

有机硼化合物是合成具有生物或材料特性的高价值功能分子的多功能合成中间体。此外，这类化合物也受到药物化学和材料科学领域的广泛关注。目前研究人员开发了多种氢硼烷转化模式以构建有机硼化合物，例如与有机金属试剂的亲核加成、与过渡金属的氧化加成，以及通过氢负离子攫取实现的亲电取代。这些多样化的转化通常依赖于硼烷中氢的负氢特性（H^δ⁻）和硼原子的正电性（B^δ⁺），这是由它们内在的电负性差异决定的。这些反应路径多通过双电子（2e⁻）机理进行，而单电子（1e⁻）过程则较为罕见，且其机理尚不明确（图1A）。极性反转是有机化学中一种重要的合成策略，它通过逆转官能团的固有极性来解锁新的反应性。该策略显著拓展了合成工具库，并为化学键的形成提供了高效途径。如若将

极性反转概念拓展至氢硼烷中氢负离子到质子的反转，硼烷的反应活性将会改变，将能够实现新的反应性，进而将传统的双电子反应过程转变为单电子过程。

带有形式正电荷的四配位硼阳离子，其B–H键的极化程度较低，负氢特性也更弱。调节硼阳离子上取代基的电子性质可以适度提高B–H酸性（I–III）。而当去质子化过程形成芳香族硼杂环时，硼阳离子中的B–H酸性可以得到显著增强（IV）。这是因为IV的共轭碱是一种双路易斯碱稳定的硼烯，且其五元环具有芳香性。有趣的是，预测带有螯合环己-3,5-二烯-1,2-二亚胺配体的硼阳离子V具有极高的酸性，其计算pKa值为−39.6。硼阳离子V的高酸性归因于B–H去质子化后六元环和五元环同时发生的再芳香化。其获得的芳香稳定性甚至高于苯鎓阳离子去质子化时的增益。V的计算pKa值超过了苯鎓阳离子的C–H pKa值（计算pKa = −27.9；实验pKa = −24.5）（图1B）。

宋秋玲课题组长期致力于有机硼化学领域的研究 (Acc. Chem. Res., 2021, 54, 2298-2313；Sci. China Chem., 2025, 68, 3927–3995)。近年来，在B-N杂芳烃的合成与应用方面取得了一系列成果 (J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 10048-10053; Nat. Commun. 2023, 14, 4438; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202313388; Chem, 2024, 10, 317-329; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202318613; Nat. Chem. 2024, 16, 1312-1319; ACS Catal. 2024, 14, 16996−17003; Nat. Commun. 2024, 15, 10432.; J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 3015-3025; Chem 2026，https://doi.org/10.1016/j.chempr.2026.102990)。基于前期研究，该课题组报道了一种利用B-H键的极性反转实现氢硼烷（HBaza）的均裂芳香取代反应构建有机硼化合物的新策略。与传统的硼烷由双电子（2e⁻）路径合成有机硼化合物，该反应实现了硼烷转化的单电子（1e⁻）路径机理。此外传统的自由基硼化反应通常使用联硼化合物（B₂pin₂, B₂cat₂）实现, 这类反应通过双分子均裂取代（S_H2）机理进行，依靠的硼物种的离去能力。然而，由于氢原子无法充当合适的离去基团，通过 S_H2 机理实现硼烷的单电子转化颇具挑战性。该反应通过极性反转实现硼烷上氢负离子以质子形式脱除，从而成功实现利用硼烷进行的自由基硼化反应（图1D）。值得注意的是该方法的底物兼容性非常好，利用该方法能够高效合成出多种药物分子、天然产物中间体。另外用于合成HBaza的邻苯二胺在连续流反应中能够回收利用，这进一步增强了所提出策略的原子经济性、可持续性及实用性。

相关研究结果发表在化学领域权威期刊Journal of the American Chemical Society。该论文的通讯作者为福州大学宋秋玲教授，杨凯教授和匹兹堡大学的刘鹏教授，福州大学博士生徐杰和匹兹堡大学博士张宇为共同第一作者，硕士研究生刘畅，郭成潮，李超，陶仁财做了重要贡献。该研究工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金，福建省自然科学基金，南京大学开放研究基金以及河南师范大学开放研究基金的大力支持。J. Am. Chem. Soc. 2026, https://doi.org/10.1021/jacs.5c19343