热点研究

「Spotlight Research」利用¹⁰BF₃合成高丰度¹⁰B联硼试剂

作者:石油醚

本期热点研究,我们邀请到了本文第一作者,来自中科院兰州化学物理研究所的在读博士生陈都为我们分享。

2023年7月24日,chem在线发表了来自中国科学院兰州化学物理研究所刘超研究员团队题发表的题为「Enriched 10B-diboron reagents synthesis from 10BF3」的研究论文。作者通过以高丰度硼-10三氟化硼(10BF3)和二胺为原料,以氯硅烷作为氯化试剂,通过氟/氯交换、还原B-B成键策略成功实现了用三氟化硼直接合成联硼化合物。并将合成的10B2pin2为原料,利用多种硼化技术合成了富含10B的潜在硼药分子,为后期10B药物评估提供重要的分子基础。

“Enriched 10B-diboron reagents synthesis from 10BF3.

Du Chen, Liangxuan Xu, Zian Wang, Chao Liu*

Chem. 2023. DOI: 10.1016/j.chempr.2023.06.019

Q1. 请对Enriched 10B-diboron reagents synthesis from 10BF3”作一个简单介绍。

中国科学院兰州化物所羰基合成与选择氧化国家重点实验室刘超研究员团队长期致力于有机硼试剂化学研究。在前期研究中,利用自然丰度的联硼试剂B2pin2发展了多种硼化方法合成偕二硼和偕硅硼试剂(Nat. Synth. 2023, 2, 413Org. Chem. Front. 2019, 6, 900J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5257)、烯基硼试剂(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 15813)、烷基硼试剂(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10318Chin. J. Catal. 2018, 39, 1725)。利用硼化物的反应多样性发展了多种试剂和反应新体系(Nat. Synth. 2023, 2, 413Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215168CCS Chem. 2021, 3, 1718Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2745Nat. Commun. 2020, 11, 3113Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5501)。

基于联硼试剂如B2pin2在合成中的广泛应用价值,瞄准BNCT技术对硼化学的需求,我们团队通过不断尝试,首先以自然丰度的三氟化硼作为原料进行合成方法的最有条件探索(详细内容见论文),确定了以三氟化硼和二胺为原料,以氯硅烷作为氯化试剂,通过氟/氯交换、还原B-B成键策略成功实现了用三氟化硼直接合成联硼化合物。在获得最优合成方法后,首先以商业可购买的高丰度10BF3作为起始原料,以克级规模合成了富含10B的二硼试剂10B2dmeda210B2dmbda2(图2A)。以合成的10B2dmeda2作为原料,通过酯交换或胺交换合成了高丰度的10B2pin210B2Epin210B2cat210B2neop2以及10Bpin-10Bdan(图2B)。利用10B2pin2在氢气条件下的铱催化氢解反应合成了H10Bpin。这些同位素硼-10试剂的相应自然丰度试剂已被广泛应用于合成结构多样的有机硼化物。相应的硼-10试剂的合成无疑将为合成大量的有机硼-10化合物提供重要的物质基础。

Q2. 有关本次研究的时候遇到过怎样的困难呢?又是怎样克服的呢

目前还没有方法合成高丰度硼-10联硼试剂。自然丰度的联硼试剂通常由三氯化硼或三溴化硼合成而来,然而相应高丰度硼-10的三氯化硼或三溴化硼难以获得。高丰度硼-10的主要来源是通过分离三氟化硼获得的。目前能够商业获得的硼-10原料为10BF310B(OH)3,如何将10BF3或者10B(OH)3转化为高丰度硼-10联硼试剂这个问题开始一直困扰着我。没有头绪的我在实验初期调研了许多文献,琢磨了多种实验方案,然后不断进行尝试,终于在失败了许久后找到了一种高效的方法。

Q3. 本次研究主体,有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢?

在本次研究中,在推测氯硼化合物2a的形成机理时花费了很多时间和精力。我们开始认为先形成氟硼化合物2a-F,然后再与SiCl4反应得到2a,但将2a-F直接与SiCl4反应时发现氟/氯交换效果并不理想。为了更好地解释反应过程,我做了很多控制实验,并且不断对比分析核磁谱图,从而提出了一个合适的机理:BF3-OEt2首先在二异丙基乙基胺存在下与DMBDA反应生成2a-F和四氟硼酸盐[DIPEA-H]BF42a-F在DIPEA和SiCl4存在下进一步转化为2a。同时,SiCl4对HBF4-DIPEA进行氯化生成氯氟硼酸盐,在DMBDA和SiCl4存在下进一步转化为2a

Q4. 来想继续研究化学的哪个方向呢?

博士期间主要研究的是常用含硼试剂的合成以及转化研究,将来想继续在硼化学领域进行研究,希望开发一些实用的含硼试剂,能够将其更好地引入到有机分子中,为进一步的分子构建做出贡献。另外,化学研究的目的是为人类服务,也想尝试学习一些生物方面的内容,希望将硼元素与生物学科结合起来。

Q5. 最后,有什么想对各位读者说的吗?

失败是我这几年研究生生涯的主旋律,但我很庆幸最后坚持了下来。科学研究很难一帆风顺,希望大家在遇到挫折时不忘初心,调整好心态,事情一定会朝着更好的方向发展。另外,也感谢大家关注我们课题组的工作,愿都能够取得好成果!

作者教育背景简介

教育背景:

2019年9月-至今 博士,中国科学院兰州化学物理研究所,导师:刘超 研究员
2017年9月-2019年6月 硕士,武汉大学化学与分子科学学院,导师:张静  副教授
2013年9月-2017年6月 学士,湖北师范大学化学化工学院,导师:杨水金  教授

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