由于C-B鍵的穩定性及其轉化很廣泛的特點，構建C-B鍵是科研工作者們研究的重要主題。芳基C-B鍵（Csp2-B）的應用在有機化學中已經發展較成熟了，但烷基C-B（Csp3-B）的構建和轉化還在日益發展的過程中。
以往合成烷基C-B（Csp3-B）鍵的方法大多是1. 烯烴的硼氫化反應（包括過渡金屬催化烯烴的加氫硼化反應），從C=C雙鍵構建C-B鍵，這種轉化依賴于烯烴中存在的π鍵的富電子性和反應性，使用烷烴C-Cσ鍵作為底物時無法完成這一轉化（圖1）。2.科學家們還發展了利用C-H鍵或者C-X鍵硼化構建Csp3-B鍵。
圖1
由于C-C單鍵沒有Π鍵的反應性，只有在其相鄰Π鍵基團的導向下，才能夠發生C-C鍵的硼化反應（Chem. Eur. J. 2010,16, 774?778）(圖2)，例如雙鍵或苯環臨近的C-C鍵。
圖2
為了使C-Cσ鍵的硼氫化反應更加普遍，日本名古屋大學的yamaguchi教授研究團隊設想了以環丙烷為底物的C-C鍵硼氫化反應。作者在2015年報道了環丙烷上C-H鍵的硼化反應（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 846–851）（圖3），Ir和二齒氮配體：3,4,7,8-四甲基鄰菲咯啉絡合后，金屬中心使環丙烷碳氫鍵活化，發生C-H鍵的硼化反應（圖4-B）。作者試想，改變一種配體從而改變化學選擇性，使得金屬中心對C-H鍵的作用轉變到C-C鍵上。通過對配體進行篩選，作者找到了C-Cσ鍵活化后硼化的條件（圖4-C，圖5）。
圖3
圖4
作者以N-環丙基新戊酰胺為底物，對配體進行了一系列的篩選，其中發現L1能活化環丙烷的C-Cσ鍵，并得到62%的烷基硼產物，反應選擇性地斷裂Cβ-Cγ鍵，并形成β位硼化的產物。并且將配體中的喹啉基團變為吡啶基團時，沒有目標產物生成，繼續改變了其他基團均沒有好的效果。接著作者將Ir催化劑與配體的當量比進行了調整，將Ir二聚體/ L1的比例從1：1變為2：1，得到了更好的結果。對此，作者解釋（1）由于催化劑的壽命短，因此必須不斷供應銥金屬；（2）惡唑啉部分的配位可能很弱，因此有必要確保Ir和L1形成1：1的絡合物.
圖5
接著，作者對底物普適性進行了考察（圖6）。將酰胺上的叔丁基變為不同的基團。包括-CF3，叔丁氧基，異丙氧基，乙氧基，甲氧基和芐氧基等，它們以中等收率得到相應的產物2d-2i。其中底物1c具有兩個環丙基，產物2c中另一個環丙基保留下來了，這意味著反應可以區分不同的環丙基。并且酰胺基并不是反應的必須單元，{attr}2235{/attr}各類{attr}2109{/attr}以及苯環，萘環等均可以發生該反應以中等收率得到相應的C-C鍵硼氫化的產物。此外，在反應條件下纈氨酸衍生物成功得到目標產物2s，產率為43％，同時保持其對映體純度（＞ 99％ee，dr＝53∶47）。接著，作者做了烷基硼酸酯的轉化應用（圖7），包括氧化，偶聯胺化等轉化，應用廣泛。
圖6
圖7
為了進一步深入研究，作者首先提出了三種硼氫化途徑的機理預設（圖8-A）：1.先進行環丙烷的C-H硼化反應，然后進行C-C鍵活化（開環）。2.先發生開環反應，得到烯烴（或Ir-烯烴絡合物），然后進行硼氫化。3.C-C鍵活化后烯丙基硼酸酯，形成硼烷基烯烴（或Ir-硼烷基烯烴絡合物），然后進行氫化得到目標產物。緊接著，作者做了相關的驗證實驗，分離出中間體進行實驗（圖8-B）。化合物4a在標準條件下不能得到目標產物，說明反應不是先發生C-H鍵的硼化反應，反駁了路線1的假設。后面的中間體實驗證明了路線2和3存在的可能性。此外，作者還做了氘代實驗（圖8-C），使用DBpin進行反應。結果觀察到產物的三個碳原子上的氘代率分別為（D1：45％，D2：27％和D3：28％），這表明有Ir-H/D插入到烯烴上，并且該過程可逆。作者還使用DBpin對反應可能的中間體進行了標準條件的實驗探究。結果觀察到8和9產物的三個碳原子上的氘代率分別為（D1：34％，D2：42％和D3：16％; （D1：36％，D2：34％和D3 ：20％）。氘代率比例并不完全一致，這表明1a的硼氫化可能同時通過路徑2和路徑3。此外，作者還研究了該反應的副產物（圖8-D）。氫化產物2a'以19％核磁產率檢測，但是還不清楚該產物是通過產物2a脫硼還是直接氫化獲得的。
圖8
作者還做了相關理論計算對機理進行了補充（相關機理計算見文章），計算結果支持了5配位的Ir絡合物B作為兩個反應的活性催化劑（圖9）。Ir絡合物B的Cβ-Cγ鍵氧化加成形成單取代環丙烷1生成中間體C，中間體C還原消除生成絡合物D（8.3 kcal / mol）。從D出發，存在通向平衡的E，D'和D''絡合物的三種途徑。盡管氫硼化產物2可以從所有三種途徑生產，但最有利的途徑是通過絡合物E的反應（5.4 kcal/mol）。中間體E通過還原消除得到加氫硼化的產物2，催化劑繼續循環。此外，路徑1在理論計算中是合理的，與實驗結果不符。根據計算結果以及驗證實驗，作者提出如下催化循環（圖9）：
圖9
總結：作者團隊發展了一種較為廣泛的環丙烷C-Cσ鍵硼氫化反應，反應實現了各種類環丙烷的開環硼氫化反應。反應不需要特定基團如相鄰Π鍵作為導向基的存在。并且將產物實現了許多轉化和應用。
