图. 无金属导向碳氢活化策略
在国家自然科学基金项目（批准号：21672097）的资助下，南京大学史壮志研究团队在碳氢活化领域取得重要进展，该团队发现了一类无金属体系能模仿金属催化实现导向碳氢活化（如图）。研究成果以“Metal-free Directed sp2-C-H Borylation”（无金属导向碳氢硼化）为题，2019年9月30日在线发表在Nature（《自然》）上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1640-2。
化学键的高效切断和构建是合成化学的核心研究内容。碳氢键作为有机分子中最基本、最普遍的化学键，通过切断碳氢键构建碳碳和碳杂键是最简洁、高效的合成方式之一。由于一个复杂的有机分子中通常包含不同类型的碳氢键，并且碳氢键的键能较大，如何实现精准的碳氢活化是该领域的研究难点。目前主要策略是利用过渡金属催化剂与分子中导向基配位来实现。成本较高、体系复杂、重金属残留问题已成为限制该领域发展的瓶颈。硼作为一种非金属元素，具有Lewis酸性，可与具有Lewis碱性的导向基配位，进一步和苯环发生亲核硼化来构建碳硼键，实现一类无金属参与的精准碳氢硼化反应。在美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）Houk教授协助下，结合理论计算和实验辅助，发现了三溴化硼既是反应原料又是催化剂的双重角色。吲哚结构广泛存在于天然产物、生物活性分子及药物分子中，其官能团化反应主要发生在活性较高的C2，C3位，如何实现吲哚苯环区域C4-7位的精准碳氢官能团化是一个极具挑战的课题。该无金属策略具有普适性，不但可以实现吲哚苯环区域C4和C7号位精准硼化，还可以适用于其它芳杂环邻位的碳氢键官能团化。该发现为碳硼键的构建、天然产物及药物分子的合成提供了新的手段，同时避免了药物合成中重金属残留等问题。