利用可见光开辟了新的硼化学〜通过胺硼烷络合物的合成和交叉偶联反应的应用开发可持续有机合成技术〜

演示要点

〇利用可持续的可见光能源，在温和的条件下成功合成了有机合成所必需的有机硼化合物
〇 多氟芳烃中强碳-氟（C-F）键的高效硼化，多氟芳烃是药物和功能材料的重要组成部分
〇 以前困难的多氟芳基硼化合物的铃木-宫浦交叉偶联反应已成为可能，并有望成为有助于创造新精细化学品的基础技术

摘要

V体育生命与应用化学系助理教授 Naoki Yasukawa 和 Shuichi Nakamura 教授领导的研究小组是亚琛工业大学 Danielle 领导的研究小组。我们与Leonori教授合作，成功开发了以前需要苛刻反应条件的“多氟芳烃的C-F键硼化反应”和相对困难的“多氟芳基硼化合物的Suzuki-Miyaura交叉偶联反应”，并提出了革命性的新合成策略。

碳-碳（C-C）键是构建天然产物、药物等功能材料最基本的键，开发高效的合成方法是有机合成化学的基础技术。特别是使用钯催化剂将有机卤素化合物与有机硼化合物结合的铃木-宫浦交叉偶联反应在学术界和工业界得到广泛应用，并于2010年荣获诺贝尔化学奖。因此，作为铃木-宫浦交叉偶联反应的起始原料的有机硼化合物极其重要，需要开发能够合成复杂化合物的有效方法。有机硼化合物。

在这项研究中，我们利用光催化剂产生的胺硼自由基 (*1,2) 的未知反应性，在温和条件下实现了多氟芳烃的 C-F 硼化反应（图 1）。此外，我们成功地将合成的多氟芳基硼化合物（胺硼络合物）应用于铃木-宫浦交叉偶联反应。这种创新策略使得对多氟芳烃进行化学改性成为可能，多氟芳烃是药物、农用化学品和功能材料的重要组成部分。通过有效地供应复杂分子，预计药物发现和高分子材料等广泛领域的研究和开发将进一步加速。

该研究成果发表在德国化学会国际期刊上””

研究背景

使用有机硼化合物的铃木-宫浦交叉偶联处于常见有机化合物分子设计和合成的最前沿，并且至今仍被用作不可或缺的方法。生产有机硼化合物的传统方法依赖于使用有机金属试剂和过渡金属催化剂的热双电子反应（图2）。近年来，利用光催化剂和可见光的非热单电子（自由基）方法引起了合成有机化学的关注，世界各地的研究正在积极进展。这一趋势以碳、氧、氮等主要元素为中心，但对其他元素尤其是硼自由基的研究尚未取得足够进展。

此外，有机硼化合物具有毒性低、易于处理的优点，但一些硼化合物存在在碱性条件下不稳定的问题。由于铃木-宫浦交叉偶联反应需要通过碱活化有机硼化合物，因此存在碱敏感底物难以在反应中使用的限制。一个例子是多氟芳基硼化合物，它需要仔细设计用于铃木-宫浦偶联的催化剂和反应系统。

基于这一背景，我们开发了一种策略，以容易获得的多氟芳烃为原料，使用光催化剂和可见光进行非热自由基硼化，合成即使在碱性条件下也稳定的有机硼化合物。通过这种方法合成的硼化合物可以直接用于铃木-宫浦交叉偶联反应，这项研究的结果代表了一种极具创新性和吸引力的策略，将对学术研究和工业应用做出巨大贡献。

研究内容/结果

在这项研究中，我们通过使用胺硼自由基前体（硼羧酸）和多氟芳烃进行可见光照射，成功地用硼取代了一个氟 (F) 原子，多氟芳烃可以通过两种容易获得的化学产品和光催化剂分两步合成（图 3-A）。以前，实现类似的分子转变需要使用高温条件或过渡金属激活强C-F键，但通过这种方法，可以使用可见光作为能源在室温下快速且高产率地获得多氟芳基硼化合物（产率高达92％）。此外，它可以应用于具有各种官能团的基材，并合成了16种新的胺硼配合物。反应机理分析，包括对照实验和密度泛函理论（DFT）计算，表明迄今为止很少使用的胺硼自由基的高亲核性会影响反应效率。

合成的胺-硼络合物的优点是它是结晶的，即使在大气中也稳定，并且易于处理。当该复合物经历一般铃木-宫浦交叉偶联反应条件时，以高产率获得联芳基化合物（图3-B）。已知多氟芳基硼化合物在碱性条件下极不稳定，即使我们研究通用多氟芳基硼化合物在这些条件下的铃木-宫浦交叉偶联反应，收率仍然很低。换句话说，安川助理教授合成的胺-硼络合物可以说是在铃木-宫浦交叉偶联反应条件下兼具高反应活性和高稳定性的杂化化合物。该反应还表现出广泛的底物通用性，成功合成了18种联芳基化合物。

社会意义与未来前景

聚氟芳烃具有源自氟原子的高电子亲和力、特定的分子间相互作用和优异的代谢稳定性，因此是药物等新型功能材料设计的重要核心。事实上，自2018年以来，已有10余类含有多氟芳基结构的药物获得美国FDA批准，证实了其巨大的社会和医学意义。本研究提出的策略作为新的分子转化平台具有极高的多功能性，能够合成复杂的多氟芳烃。这使得高效、选择性地供应含有多氟芳基结构的复杂分子成为可能，这将直接加速药物发现研究并为高功能材料提供设计指南。此外，通过对制药和材料行业的连锁反应，预计将加速下一代药物和先进材料的社会实施，为实现可持续发展社会做出贡献。

尽管自 1900 年代末以来人们就知道胺硼自由基的存在，但其固有的不稳定性使其难以在有机合成中使用，并且长期以来一直不受关注。在这项研究中，我们展示了一种新的合成策略，可以精确控制这种不稳定的化学物质，并实现使用传统方法无法实现的分子转化。这极大地扩展了胺硼自由基化学的适用性，并有望作为未来反应发展的指南。此外，从学术角度来看，这一成果被视为开辟了硼自由基化学的新领域，这一成果将极大地促进有机合成化学的发展。

术语表

(※1) 胺硼
它是胺分子（含氮有机化合物）的孤对电子与硼原子的2p空轨道配位的络合物。

(※2) 胺硼基
胺硼是一种失去一个电子时产生的硼自由基。

致谢

这项研究是与德国亚琛工业大学 Daniele Leonori 教授国际合作的一部分。这项工作还得到了JSPS科学研究补助金（JP24K17678）和高桥产业经济研究基金会（研究代表：安川直树）的支持。在此我谨表达我的谢意。

论文信息

已出版的杂志：应用化学国际版
标题：胺连接的硼基自由基可实现多氟芳烃的直接 C-F 硼化和交叉偶联
作者姓名：Naoki Yasukawa*、Waka Okada、Marc Fimm、Rio Kawamura、Ryota Nomura、Tsunayoshi Takehara、Takeyuki Suzuki、Daniele Leonori*、Shuichi Nakamura*（*通讯作者）
DOI：101002/ani202514741
网址：

联系信息

研究相关

V体育生命与应用化学系
助理教授安川直树
电话：052-735-5323
电子邮件：yasukawanaoki[在]nitechacjp

V体育生命与应用化学系
中村秀一教授
电话：052-735-5245
电子邮件：snakamur[在]nitechacjp

公共关系很重要

V体育企划公关科
电话：052-735-5647
电子邮件：pr[在]admnitechacjp

请将 *[at] 替换为 @。