硼原子活化环烯烃碳碳双键的低温基质隔离红外光谱研究

Activation of C-H bonds, C-C bonds, C=C bonds plays an important role in chemical synthesis, drug discovery, and medicinal chemistry. Compared with the activation C-H bonds and C-C bonds, the activation of C=C double bonds are rarely studied due to the higher activation energy and poor selectivity. While low temperature matrix isolation infrared spectroscopy has an unmatchable advantage in the study of reaction mechanism and reaction intermediates, boron atoms can be spontaneously and selectively inserted into the C=C double bond, rather than the lower activation energy required C-H bond, during the reaction of boron atoms with ethylene molecule under matrix isolated condition. This anomalous discovery opens the door to the further development of the C=C bond activation. In this project, the reactions of boron atoms with benzocyclobutene, cyclopentene, cyclohexene, cycloheptene and benzene will be investigated through the low temperature matrix isolation infrared spectroscopy, focusing on the C=C double bond activation and photochemical behavior of the boron heterocyclic compounds. The successful implementation of this project will not only allow us to better understand the activation mechanism of boron atoms on carbon-carbon double bonds, but also provide provide guidance for future design and synthesis of corresponding boron heterocyclic compounds.

C-H键、C-C键、C=C键的活化在有机化学、医药、化工、材料等领域均有着重要的作用。尽管目前过渡金属催化C-H键、C-C键的报道已经屡见不鲜，然而活化C=C双键所需的能量较大、选择性较差，导致该类反应在国内外还鲜有报道。低温基质隔离红外光谱在研究反应的机理、反应中间体等方面具有不可替代的核心优势，硼原子与乙烯分子在低温基质隔离的条件下反应，硼原子能自发地、选择性地插入到C=C双键中，而不是活化能量较低的C-H键。这一反常的发现为进一步研究C=C双键的活化提供了新的思路，因此本项目主要研究硼原子与苯并环丁烯、环戊烯、环己烯、环庚烯及其苯等化合物在低温基质隔离条件下的反应，重点探讨硼原子对C=C双键的活化及产物硼杂环化合物的光化学行为。本项目的成功实施不仅可以让我们更好地理解硼原子对C=C双键的活化机理，而且对设计合成相应的硼杂环化合物、了解该类化合物的光化学行为具有重要的指导意义。

C-H键、C-C键、C=C键的活化在有机化学、医药、化工、材料等领域均有着重要的作用。尽管目前过渡金属催化C-H键、C-C键的报道已经屡见不鲜，然而活化C=C双键所需的能量较大、选择性较差，导致该类反应在国内外还鲜有报道。低温基质隔离技术在研究化学反应的机理、反应中间体等方面具有不可替代的核心优势。因此，本项目基于低温基质隔离红外光谱研究了硼原子与苯并环丁烯、环戊烯、环己烯、环庚烯等化合物在低温氖基质中的反应。实验结果表明，缺电子的硼原子选择性的进攻环烯烃的C=C双键，形成硼原子插入C=C双键的硼杂环自由基化合物，该类化合物在紫外光诱导下极易发生光异构化反应。此外，通过高精度的量子化学计算，进一步探讨了化学反应的机理、硼杂环化合物的成键特性和光电性质等信息。本项目的成功实施不仅可以让我们更好地理解硼原子对C=C双键的活化机理，而且对设计合成相应的硼杂环化合物、了解该类化合物的光化学行为具有重要的指导意义。