α,β-不饱和羰基化合物的选择性还原反应是合成化学中一类重要的反应类型，决定其选择性的因素是亲核试剂/还原剂和反应物的硬度和柔软度，从而分别决定是在羰基（1,2-加成）还是在β-碳（1,4-加成）上进攻。与传统的还原剂相比，催化硼氢化被认为是一种温和的还原方法，它依赖于市售的硼烷并显示出更高的官能团耐受性和选择性。1,4-加成仅限于线性底物，不适用于无法获得所需反应性的s-顺式构象的环状α,β-不饱和酮。解决这一重大局限性的方法非常有价值，因为它可以区域选择性地形成环状烯醇硼酸酯，从而在烯醇硼酸酯和甲硅烷基烯醇醚对应物的羟醛反应中形成立体选择性。

近期，德国亚琛工业大学Christopher J. Teskey课题组报道了通过可见光控制金属钴催化剂配位，将反应偏向两种不同的合成方法上，从而在α,β-不饱和酮的催化硼氢化反应中产生了相反的产物。这包括通过1,4-加成选择性硼氢化直接获得环状烯醇硼酸酯，从而提供了直接、立体选择的途径，可在一锅法中获得顺式醇醛产品。作者开发的该方法与已建立的硬度/柔软度反应性概念相反，即通过使用可见光就能实现基本的选择性逆转，使反应能够通过外部刺激对反应进行精确控制，并避免使用任何化学计量的添加剂（图一）。相关成果以“Photocontrolled Cobalt Catalysis for Selective Hydroboration of α,β-Unsaturated Ketones”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.202009893）。

图一、α,β-不饱和酮的选择性还原和硼氢化

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

首先，作者探究了可见光对线性底物反应产生的影响。使用CoH[PPh(OEt)₂]₄与频哪醇硼烷分别还原含有富电子和缺电子的芳烃类查尔酮，在黑暗条件下，苯溶剂中反应后，得到1,2-加成产物；而在蓝光照射下，在苯或四氢呋喃溶剂中反应得到1,4-加成烯丙基醇产物。在有/无可见光的反应条件下，查耳酮被选择性还原，显示出对选择性的精确控制。当官能团位置从苯基酮变为具有β-苯基取代的甲基酮后，在黑暗条件下，选择性发生改变，反应生成了1,4-加成烯丙基醇产物（图二）。作者认为这是由于烯烃异构化，1,4-加成选择性硼氢化和质子化的原因。在先前的研究表明：钴络合物能够在光照射下使烯烃异构化。

图二、钴催化的α,β-不饱和酮的光控硼氢化的底物范围

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

其次，作者探究了可见光对环状α,β-不饱和酮底物反应产生的影响。仅使用可见光作为外部刺激，对区域选择性获得所需的硼烯醇盐提供了极好的途径。进一步的优化结果表明，在可见光照射下进行反应时，可以得到更高产率的饱和酮。然后作者又通过探究烯醇硼与其他亲电子试剂反应，生成用于环状底物的反选择性羟醛产物。线性底物是控制醇醛立体选择性的主要因素，而环状底物则需要改变烯醇盐。作者向硼氢化的中间体中添加1.5当量的苯甲醛后，获得了同分异构体的产物，从而表明具有不同环尺寸的环状烯酮底物是适合一锅羟醛反应的底物，合成的非对映异构体均具有优异的选择性。作者继续研究可以在反应中使用的醛的范围，发现富电子醛具有优异的选择性，杂环醛的效果也很好，但缺电子醛的选择性较低（图三）。

图三、环状底物的顺式选择性羟醛反应

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

最后，作者探究了反应机理。为了进一步揭示黑暗条件（饱和的18电子钴配合物）和可见光条件（不饱和的16电子钴配合物）之间的机理差异。DFT计算分析表明光会促进配合物中的亚膦酸酯解离。尽管目前很大程度上底物的配位是通过羰基进行配位，但氢化物迁移到C=O键的能量却比进入C=C键的能量要高得多（18.4 kcal/mol vs 10.7 kcal/mol）。这种差异是由于在C=O插入时具有高度扭曲的四元环跃迁状态，而在C=C插入时所生成的碳负离子与羰基的良好共轭有助于Co–C键形成。而后发生酮-烯醇互变异构反应，总能垒为13.5 kcal/mol，能正常形成中间体。之后中间体可以轻易地进行为1,4-加成反应生成还原产物。在存在HBPin的情况下，中间体易变为硼-烯醇酯和Co(I)–H，从而完成催化循环。然后作者在黑暗条件下通过¹H，¹¹B和³¹P NMR监测研究了反应机理。将HBPin添加到催化剂中后，可以观察到与H₂相对应的NMR信号，这表明反应混合物促进了Co(I)还原为Co(0)。作者通过计算方法探索了Co(I)–H到Co(0)的平衡，并发现即使伴随着自由基物种的形成，还原反应也很容易进行。Co(0)配合物可与HBPin相互作用形成中间体，然后在环己酮底物的帮助下被激活，使一个孤对电子从钴中心转移到HBPin上，通过氢原子形成Co(I)–H。BPin自由基同时被底物的氧捕获，形成共轭自由基。最后，OBPin烯丙基通过氢原子转移与Co(I)–H反应，通过过渡态又形成Co(0)和底物（图四）。1,2-加成的重组比1,4-加成的重组快，这种差异可能是由于在亚膦酸酯配体中使用甲氧基而不是乙氧基引起的。

图四、在可见光和黑暗条件下，环己酮硼氢化的自由能谱

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

小结：德国亚琛工业大学Christopher J. Teskey课题组通过可见光控制金属催化剂配位，实现α,β-不饱和酮的选择性硼氢化。作者利用氢化钴催化剂，使用市售的频哪醇硼烷，在室温下进行一系列反应，展现出催化剂根据光的存在或不存在来控制区域选择性的独特能力，从而仅使用一个反应体系就可以得到各种各样的产物，包括环状硼烯酸酯，该化合物可用于顺式选择性醛醇缩合反应。实验和DFT计算结果表明，在黑暗和可见光中，两种不同的机理途径是有效的，这为实验中的选择性提供了解释。此外，该研究突出了金属配合物的配体对反应性和选择性的重要作用，以及光控反应的应用潜力。