有机硼化合物广泛应用于有机合成、医药、农药、材料等领域，发展新的C-B成键反应，高效合成结构多样性的有机硼，一直广受关注。卡宾对B-H键的插入反应可以实现多种自由卡宾及金属卡宾对稳定硼烷加成物（胺-硼烷加合物、膦-硼烷加合物，N-杂环卡宾-硼烷加合物）的B-H键插入反应，将卡宾化学和有机硼化学关联起来，已成为构建C-B键的有效方法（图1a）。由于卡宾的类型丰富，结构多样，因此该反应在结构多样性有机硼的合成中具有明显优势，受到越来越多的关注。然而，迄今为止，只有饱和卡宾（即二取代卡宾）被成功用于卡宾对B-H键的插入反应，因此仅能构筑C(sp³)-B，生成烷基硼烷加合物，这限制了反应的应用。BETVlCTOR登录网站周其林和朱守非团队一直致力于卡宾转移反应研究，从2013年起，发现了一系列催化卡宾对B-H键插入反应（J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 14094; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3784; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 10663; ACS Catal. 2018, 8, 7351）。最近，该团队报道了不饱和卡宾（亚烷基卡宾）对B-H键的插入新反应，首次利用卡宾插入反应构建了C(sp²)-B键，制备出各种链状和环状胺-烯基硼烷加合物（图1b）。该反应将不饱和卡宾化学和有机硼化学关联起来，为有机硼的多样性合成提供了新的可能。

图1 卡宾对B-H键的插入反应

在叔丁醇钾存在下，三氟甲磺酸烯基酯1可以和多种稳定硼烷加合物（包括胺-硼烷加合物、膦-硼烷加合物、吡啶、硼烷加合物和氮杂环卡宾-硼烷加合物）发生反应，生成相应的烯基硼烷加合物。对于分子间亚烷基卡宾对B-H键的插入反应（图2），底物1的烯基部分可为β,β-二烷基取代的乙烯基，当烷基链较长时，会发生C-H键插入反应，生成环戊烯类副产物，使目标产物收率降低。当底物1的烯基部分有β-芳基取代时，现场生成的亚烷基卡宾会优先发生芳基的1,2-迁移，生成相应的炔烃，无法给出目标产物。

图2 分子间亚烷基卡宾对B-H键的插入反应

分子内亚烷基卡宾对B-H键的插入反应也能顺利发生，给出相应的B-N杂环戊烯衍生物（图3）。底物4中的胺基部分可以是三级胺，也可以是二级胺，但是后者收率较低。当使用环状胺基时，可以生成B-N杂螺环化合物，这种结构未见文献报道。将一些药物分子的胺基引入本反应，同样能给出相应的B-H键插入产物，这表明本方法有望用于药物的修饰改造。和分子间反应不同，分子内的反应中β-芳基取代的底物也能给出相应的B-H键插入产物，其中缺电子芳基取代的底物给出更高的收率。

图3 分子内亚烷基卡宾对B-H键的插入反应

产物中的C-B键可方便地转化为C-C键和多种官能团，具有很好的合成应用潜力（图4）。值得一提的是，由于B-N键是C-C键的电子等排体，本研究所制备的B-N杂螺环化合物有望用于药物的开发。

图4 产物的转化举例

初步的机理研究表明，该反应可能包含两个过程，即叔丁醇钾促进三氟甲磺酸烯基酯的α-消除生成不饱和卡宾和该不饱和卡宾对B-H键的插入生成目标产物，前者可能是决速步，后者可能经三元环过渡态的协同机理进行（图5）。上述结论得到了动力学同位素效应实验的支持。

图5 反应可能机理 

总之，上述研究拓展了卡宾对B-H键的反应类型，合成了多种结构新颖的有机硼化合物，有望在合成化学和药物设计中得到应用。相关成果近期发表于J. Am. Chem. Soc.（https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.0c09596），杨吉民博士和郭风开为文章的共同第一作者。