C-H键硼化一直以来就是科研工作者们研究的热点问题。迄今为止，已经报道了许多有效的催化剂，可用于各种类型的C-H键硼化反应。但是烷基芳烃直接转化为相应的苄基硼酸酯还是很罕见并具有挑战性，因为芳基上有许多的C(sp²)-H键，这就存在了一个选择性地问题。尽管在甲基芳烃的一级苄基C（sp³）-H键的硼化上已取得重大进展，关于仲苄基C（sp³）-H键选择性硼化以产生合成上有价值的仲苄基硼酸酯的报道仍然很少。

近日，东京大学的Kazuya Yamaguchi教授课题组在ACS Catalysis上发文报道了使用频哪醇硼烷作为硼化剂，负载在CeO₂上的高度分散的Ni氢氧化物可作为一种有效的非均相催化剂，用于烷基芳烃的苄基C(sp³)-H键（包括二元衍生物）的选择性硼化。

作者在提出设想后，在表1所示的条件下使用各种催化剂检查了庚基苯（1a）的反应。通过沉积沉淀法制备的Ni(OH)_x / CeO₂以79％的收率（表1，entry 1，表S1）提供了所需的苄基硼酸酯（2a）以及均苯甲基化硼酸酯化产物2a'(5%)。这个条件是最好的，作者尝试使用其他催化剂都没有达到这个效果。

反应开始后，Ni（OH）_x/CeO₂的颜色立即由浅黄色变为黑色（图S1）。在另一个实验中，作者通过在与反应条件几乎相同的条件下用HBpin处理催化剂（以下称为Ni（OH）x/ CeO₂-HBpin）获得了相似的黑色。Ni（OH）_x/CeO₂-HBpin也促进1a的硼酸化（表1，条目13）。因此，作者对Ni（OH）_x/Ce₂对-HBpin进行了详细的表征，以阐明反应过程中产生的活性物质。Ni（OH）_x /CeO₂的Ni K-edge XANES光谱与Ni（OH）2相似（图1a，图S2）。通过比较Ni（OH）_x /CeO₂和Ni（OH）_x / CeO₂ -HBpin的XANES光谱，可以证明HBpin处理后Ni（OH）_x /CeO₂中Ni（II）的部分还原。图1 a）。Ni（OH）_x / CeO₂-HBpin的XPS光谱显示两个Ni 2p_3/2峰分别为855.4和852.4 eV，分别归因于Ni（OH）2和Ni（0）物种（图1b，图S3）。K³加权傅里叶变换的Ni K边缘EXAFS光谱如图1c所示（图S4，表S3）。Ni（OH）_x / CeO₂在Ni（OH）₂中表现出较强的Ni-O散射，而几乎未观察到Ni（OH）₂中的Ni-Ni散射。同时，Ni（OH）_x /CeO₂-HBpin在Ni金属中表现出较弱的Ni-Ni散射以及较强的Ni-O散射。与金属镍相比，Ni（OH）_x / CeO₂-HBpin的Ni-Ni散射出现的距离略长。这可能是由于Ni物种与CeO2之间的界面处的Ni-Ce散射所致。

接下来，作者探讨了该反应的底物适用范围（方案2a ，b，图S6），烷基苯（1a-1d）和二苯甲烷（1e-1g）都被转化为相应的苄基硼酸酯。甲苯反应（1h）得到相应的偕-二硼基化产物作为主要产物（图S7）。二甲苯（1i–1k）和均三甲苯（1l）也产生了相应的偕-二硼化产物作为主要产物，而带有两个带有硼取代基的甲基的硼化化合物的收率非常低（<10％）。这些结果表明，如前所述，苄基Bpin取代基激活了剩余的苄基C–H键，优先生成了偕二硼化的产物。对叔丁基甲苯（1m）的转化率低。具有甲氧基（1n），二甲基氨基（1o，1p）和Bpin（1q，1r）基团的甲苯也适用于偕二硼基化反应。同时，被羰基或卤素取代的烷基芳烃，杂芳族化合物和甲基萘的反应不成功（方案S1）。4-丙基甲苯（1s）的反应生成的化合物具有二硼化的甲基基团为主要产物，表明催化体系优先选择伯CH键而不是仲键（见SI）。

Scheme 2：

当使用大量过量的甲基芳烃底物时，获得相应的单硼化产物作为主要产物（方案2c）。为了证明本催化体系的合成效用，作者进行了大规模合成，然后将硼酸酯化产物官能化（方案2d）。成功实现了1a（4.0 mmol）的大规模反应，分离出70％的2a收率。然后，将合成产物用于与碘苯的Suzuki-Miyaura交叉偶联中，得到芳基化产物4a。使用NaOH和H₂O₂，可以将2a转化为相应的苯甲醇5a。使用BrCH₂Cl和n-BuLi进行2a的增碳反应也成功完成，得到相应的均苄基硼酸酯6a。

作者进行了一些实验，以阐明所提出的硼化的机理。首先，进行氘标记实验。1a的初始速率和苄基位置（1a-d2）的二氘代庚基苯的初始速率几乎相同（k_H/k_D= 1.0;图S8），表明苄基CH裂解不是决定速率的步骤。剩余的1a-d₂在与HBpin硼酸酯化期间的GC-MS光谱变化表明，苄基位置的氘含量迅速降低（图S9），表明在Ni（OH）_x / CeO₂的存在下，苄基的C–D裂解和来自外部氢源（即HBpin）的H原子的结合非常快。

作者还进行了1a与D₂而不是HBpin的反应。当1a在Ni（OH）_x /CeO₂-HBpin存在下于120°C的甲基环己烷中于D₂气氛下搅拌4 h时，在苄基（20％）和高苄基（3.5％）处观察到氘标记的位置1A无芳族C（SP²）-H氘化（方案S2）。可以假设在外部氢源（例如HBpin和H₂）存在下形成了Ni-H物种。另外，当1a的反应在H₂下进行时在大气中，2a的产生受到抑制（37％的收率，表S4，表2），这表明硼化过程涉及从Ni–H物种中去除H₂的步骤。此外，即使在没有HBpin的情况下，用Ni（OH）_x / CeO₂–HBpin处理1a- d₂时，GC–证实了苄基C–D和同苄基C–H键之间的快速H–D交换。MS和NMR（图S10），表明Ni物种催化了苄基CH活化。根据以前的报道，氢迁移可能是通过向Ni（0）物种氧化添加1a，然后消除β-氢化物和在Ni（II）物种上迁移插入而发生的。可以合理地得出结论，上述与HBpin的高苄基硼化和与D 2的氘代化是通过类似的机理进行的。另外，当在D₂气氛下在Ni（OH）_x / CeO₂-HBpin存在下搅拌HBpin时，获得DBpin（图S11），这表明Ni物种独立于苄基而催化B-H裂解而催化C–H激活。

最后，作者提出如下合理的反应机理（方案S3）：苄基C-H键的氧化加成发生在Ni物种上，从而形成Ni苄基中间体和Ni-H物种。同时，Ni物种与HBpin的反应产生Ni-H和Ni-Bpin物种。然后，通过连续的还原消除产生所需的硼酸盐化产物和H₂，并且使催化活性的Ni物质再生。同时，不能排除C-H硼化是通过自由基中间体进行的。

目前的结果表明，该催化剂对苄基的C（sp³）-H裂解具有很高的活性，它比C（sp²）-H键的裂解优先进行，这可能是由于形成了高度分散的超小Ni物种作为活性物质的结果。

DOI：10.1021/acscatal.1c00185