中南民族大学张华/南昌大学蔡琥：硝基芳烃电化学硼化反应

中南民族大学张华/南昌大学蔡琥课题组利用简单温和的电化学反应条件，成功实现了首例硝基芳烃的硼化反应。一系列硝基芳烃在无过渡金属参与的电化学反应条件下可以快速转化为相应的芳基硼酸酯。该反应条件简单、易于操作，为含硝基芳烃骨架生物活性分子的后期修饰与多取代芳烃的合成提供了简洁、高效的方法。

硝基芳烃是很多基础化工原料、药物、农药和材料的核心骨架。作为最基本的官能团之一，硝基也是一些芳烃官能团化反应中不可或缺的定位基团。基于硼在有机合成中的多样性转化特点，实现硝基到硼基的转化将有力促进硝基在有机合成中更广泛的应用。目前将硝基转化为硼基主要通过两种间接途径。一个途径是通过还原、重氮化和Sandmeyer卤化反应将硝基芳烃转化为卤代芳烃，再通过碳卤键硼化反应得到芳基硼化合物。另一个途径是将硝基芳烃通过还原和衍生化反应转化为芳基含氮化合物，再通过碳氮键硼化反应得到芳基硼化合物。然而迄今为止，将硝基芳烃直接一步转化为芳基硼化合物的硼化反应还未有报道（图1）。在课题组之前有关芳基碳氢键、碳碳键与碳杂键硼化反应的研究基础上，作者开展了硝基芳烃硼化反应研究，设想利用电化学还原与联硼化合物还原的方式，将硝基芳烃还原为芳胺，芳胺在反应体系中进一步发生Sandmeyer硼化反应，最终得到芳基硼化合物。

图1. 硝基芳烃的硼化反应

通过一系列尝试，作者发现，在室温恒电流条件下，以联硼酸频那醇酯为硼源，以乙腈为溶剂，四丁基硫酸氢铵为电解质，亚硝酸叔丁酯和吡啶为添加剂，硝基苯可以以较高产率转化为苯基硼酸酯。在最优反应条件下，作者考察了硝基芳烃的适用范围（图2）。该反应体系不仅适用于带有给电子基团的硝基芳烃，也适用于带有吸电子基团的硝基芳烃。对过渡金属催化体系敏感的卤素、硼酸酯、烯基等基团均能被兼容。稠芳烃与杂芳烃硝基化合物也能够顺利地发生此硼化反应。为了验证该方法的实用性，作者开展了克级规模的除草剂除草醚的硼化反应，制备得到的除草醚硼衍生物可以通过氧化、氰化、卤化、Suzuki-Miyaura偶联和Chan-Lam偶联反应等转化为一系列除草醚衍生物（图3）。

图2. 底物拓展

图3. 含硝基芳烃骨架生物活性分子克级规模硼化反应及其衍生物合成

为了探究该反应机理，作者开展了一系列控制实验、自由基捕获实验和循环伏安实验。机理实验结果表明，硝基苯在电和联硼酸频那醇酯共同作用下在阴极被还原成苯胺，苯胺在亚硝酸叔丁酯和联硼酸频那醇酯共同作用下发生自由基硼化反应得到苯基硼酸酯。基于机理实验结果和相关文献，作者提出了可能的反应机理（图4）。

图4. 机理研究

杜琳琳博士为文章的第一作者，张华教授和蔡琥教授为共同通讯作者。详见：Linlin Du, Binfeng Zhang, Shuohan Ji, Hu Cai & Hua Zhang. Electrochemical borylation of nitroarenes. Sci. China. Chem., DOI: 10.1007/s11426-022-1470-8。

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