碳硼烷是一类由碳、硼和氢原子组成的笼状簇合物。它们具有独特的三维结构、优异的热稳定性、化学稳定性、及σ芳香性等。这些特质使碳硼烷及其衍生物在功能材料和药物中得到广泛的应用。此外，药物分子中的苯环可被碳硼烷替代，从而提供新的药物分子设计和合成思路。但是碳硼烷独特的分子结构使其较难被官能团化，特别是硼顶点可控官能团化，这在很大程度上阻碍了碳硼烷的研究及其应用。

近年，香港中文大学谢作伟院士（点击查看介绍）课题组建立了可控碳硼烷官能团化策略，发展了一系列选择性硼氢键活化及官能团化方法 (Chem. Soc. Rev., 2019, 48, 3660)。然而，大部分方法都使用贵金属作为催化剂且需使用过量的氧化剂 (如: 银盐)，这会大大影响反应的原子经济性、可持续性及环境友好性。因此，建立更高效的碳硼烷官能团化策略引起广泛的研究兴趣。

拥有良好稳定性和储存性的电能，可以提供无尽电子或电子穴，从而促进氧化还原反应而不需要额外的化学氧化剂或还原剂。谢作伟院士课题组在他们之前发展的首例铜催化碳硼烷硼氢键活化工作基础上 (Sci. China Chem., 2019, 62, 74) ，结合电化学及廉价金属催化，报导了电化学氧化铜催化碳硼烷和醇盐或酚盐的交叉偶联反应，合成一系列单或双取代醚化碳硼烷化合物。该方法有以下几项特点（1）以电能取代化学氧化剂；（2）以铜盐为催化剂；（3）在室温进行硼氢键活化；（4）使用可移除的导向基。同时，此反应有良好的官能团耐受性，含有萘和雌酮的底物也能够有效地参与反应。

对照实验结果表明，反应过程中涉及经歧化反应或阳极氧化产生的三价铜中间体。在此基础上，该课题组提出了如下图所示的反应机理。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，香港中文大学博士研究生区奕琪及吕海荣博士为共同第一作者。

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Copper-Catalyzed Electrochemical Selective B–H Oxygenation of o-Carboranes at Room Temperature

Yik Ki Au, Hairong Lyu, Yangjian Quan*, Zuowei Xie*

J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 6940-6945, DOI: 10.1021/jacs.0c02490

导师介绍

谢作伟

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