由于C-B键的稳定性及其转化很广泛的特点，构建C-B键是科研工作者们研究的重要主题。芳基C-B键（Csp2-B）的应用在有机化学中已经发展较成熟了，但烷基C-B（Csp3-B）的构建和转化还在日益发展的过程中。
以往合成烷基C-B（Csp3-B）键的方法大多是1. 烯烃的硼氢化反应（包括过渡金属催化烯烃的加氢硼化反应），从C=C双键构建C-B键，这种转化依赖于烯烃中存在的π键的富电子性和反应性，使用烷烃C-Cσ键作为底物时无法完成这一转化（图1）。2.科学家们还发展了利用C-H键或者C-X键硼化构建Csp3-B键。
图1
由于C-C单键没有Π键的反应性，只有在其相邻Π键基团的导向下，才能够发生C-C键的硼化反应（Chem. Eur. J. 2010,16, 774−778）(图2)，例如双键或苯环临近的C-C键。
图2
为了使C-Cσ键的硼氢化反应更加普遍，日本名古屋大学的yamaguchi教授研究团队设想了以环丙烷为底物的C-C键硼氢化反应。作者在2015年报道了环丙烷上C-H键的硼化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 846–851）（图3），Ir和二齿氮配体：3,4,7,8-四甲基邻菲咯啉络合后，金属中心使环丙烷碳氢键活化，发生C-H键的硼化反应（图4-B）。作者试想，改变一种配体从而改变化学选择性，使得金属中心对C-H键的作用转变到C-C键上。通过对配体进行筛选，作者找到了C-Cσ键活化后硼化的条件（图4-C，图5）。
图3
图4
作者以N-环丙基新戊酰胺为底物，对配体进行了一系列的筛选，其中发现L1能活化环丙烷的C-Cσ键，并得到62%的烷基硼产物，反应选择性地断裂Cβ-Cγ键，并形成β位硼化的产物。并且将配体中的喹啉基团变为吡啶基团时，没有目标产物生成，继续改变了其他基团均没有好的效果。接着作者将Ir催化剂与配体的当量比进行了调整，将Ir二聚体/ L1的比例从1：1变为2：1，得到了更好的结果。对此，作者解释（1）由于催化剂的寿命短，因此必须不断供应铱金属；（2）恶唑啉部分的配位可能很弱，因此有必要确保Ir和L1形成1：1的络合物.
图5
接着，作者对底物普适性进行了考察（图6）。将酰胺上的叔丁基变为不同的基团。包括-CF3，叔丁氧基，异丙氧基，乙氧基，甲氧基和苄氧基等，它们以中等收率得到相应的产物2d-2i。其中底物1c具有两个环丙基，产物2c中另一个环丙基保留下来了，这意味着反应可以区分不同的环丙基。并且酰胺基并不是反应的必须单元，{attr}2235{/attr}各类{attr}2109{/attr}以及苯环，萘环等均可以发生该反应以中等收率得到相应的C-C键硼氢化的产物。此外，在反应条件下缬氨酸衍生物成功得到目标产物2s，产率为43％，同时保持其对映体纯度（＞ 99％ee，dr＝53∶47）。接着，作者做了烷基硼酸酯的转化应用（图7），包括氧化，偶联胺化等转化，应用广泛。
图6
图7
为了进一步深入研究，作者首先提出了三种硼氢化途径的机理预设（图8-A）：1.先进行环丙烷的C-H硼化反应，然后进行C-C键活化（开环）。2.先发生开环反应，得到烯烃（或Ir-烯烃络合物），然后进行硼氢化。3.C-C键活化后烯丙基硼酸酯，形成硼烷基烯烃（或Ir-硼烷基烯烃络合物），然后进行氢化得到目标产物。紧接着，作者做了相关的验证实验，分离出中间体进行实验（图8-B）。化合物4a在标准条件下不能得到目标产物，说明反应不是先发生C-H键的硼化反应，反驳了路线1的假设。后面的中间体实验证明了路线2和3存在的可能性。此外，作者还做了氘代实验（图8-C），使用DBpin进行反应。结果观察到产物的三个碳原子上的氘代率分别为（D1：45％，D2：27％和D3：28％），这表明有Ir-H/D插入到烯烃上，并且该过程可逆。作者还使用DBpin对反应可能的中间体进行了标准条件的实验探究。结果观察到8和9产物的三个碳原子上的氘代率分别为（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，这表明1a的硼氢化可能同时通过路径2和路径3。此外，作者还研究了该反应的副产物（图8-D）。氢化产物2a'以19％核磁产率检测，但是还不清楚该产物是通过产物2a脱硼还是直接氢化获得的。
图8
作者还做了相关理论计算对机理进行了补充（相关机理计算见文章），计算结果支持了5配位的Ir络合物B作为两个反应的活性催化剂（图9）。Ir络合物B的Cβ-Cγ键氧化加成形成单取代环丙烷1生成中间体C，中间体C还原消除生成络合物D（8.3 kcal / mol）。从D出发，存在通向平衡的E，D'和D''络合物的三种途径。尽管氢硼化产物2可以从所有三种途径生产，但最有利的途径是通过络合物E的反应（5.4 kcal/mol）。中间体E通过还原消除得到加氢硼化的产物2，催化剂继续循环。此外，路径1在理论计算中是合理的，与实验结果不符。根据计算结果以及验证实验，作者提出如下催化循环（图9）：
图9
总结：作者团队发展了一种较为广泛的环丙烷C-Cσ键硼氢化反应，反应实现了各种类环丙烷的开环硼氢化反应。反应不需要特定基团如相邻Π键作为导向基的存在。并且将产物实现了许多转化和应用。
