MIT为高效合成重氮硼烷找到答案，可用于合成药物和合成功能材料

近日，南方科技大学本科毕业生、美国麻省理工学院博士生张翀赫在Science发表了一篇一作论文，值得注意的是这篇论文只有三位作者，其他两位作者都是他的导师。

据他介绍，本次研究为如何高效合成重氮硼烷这一类分子提供了答案。

重氮硼烷，是重氮化合物和叠氮化合物的类似物。科学家们理所应当地期待重氮硼烷具有其相似的反应性。

而自 19 世纪以来，基于重氮化合物和叠氮化合物的反应已数不胜数，将这些反应类比到重氮硼烷上，能够让人们发现无数种新型的硼化反应。

自 1956 年硼氢化反应和 1979 年“铃木偶联”反应被发现以来，硼化反应一直是一个热门话题。

同时，硼化反应也是现代合成化学中一类非常重要的反应，它可以高效地进行官能团的转化和构建碳骨架，从而能够合成有医药价值的分子或有材料应用价值的分子。

因此，本次发现有助于更高效、更低成本地合成药物或合成功能材料。

其实，张翀赫在本科时就接触到了这类化学知识。在本科老师的指导下，张翀赫曾在实验室工作两年，并发表了一些论文。

他也是从那时意识到这类分子的重要性，但是至今任未被人所合成出来。

进入麻省理工学院之后，为了更高效地开展此课题，张翀赫同时加入两位教授的课题组，以便能够获得所需要的实验仪器进行试验。

研究中，他希望探寻一类新型的硼宾前体并探寻其新型硼化反应的可行性。但是，在实验初期重氮硼烷并不是他的目标分子，而是另外一个分子。

为此，他和导师在这个分子上进行了为期一年的研究，包括化合物的合成、表征、以及反应性的探究。

尽管他发现此分子确实可以在一定程度上达到预期，即能够作为硼宾前体释放硼宾。但是，对于其中的机理，他一直没有理解清楚。

而且，将其用于硼化反应也会带来很大的局限性，以至于很难进行应用推广。

于是，他和导师做了一个大胆的决定：放弃已经研究一年多的体系，探寻一个大家都已经有所构想、但至今从未被成功合成的分子——重氮硼烷。

现在看来这是一个十分有风险的决定，因为合成此化合物十分困难，可能耗时一年也是颗粒无收，而放弃之前的体系又意味着短时间内不会有学术成果。

不过，张翀赫当时并没有想特别多，只是根据所学的化学知识坚信重氮硼烷肯定可以稳定存在，只不过要选好一条非常完美的合成路线。

决定做这个课题之后，张翀赫并没有立即做实验，而是闭关学习了一周的文献。

借此，他查到了一个大家并不是经常用到的重氮转移试剂，其性质也符合稳定合成重氮硼烷化合物的预期。

接着，张翀赫便立即开展实验，在一个礼拜后便获得了十分不错的结果——成功获得了此化合物的核磁数据。

之后两个礼拜里，张翀赫又分别获得其他的表征结果，包括最为重要的单晶 X 射线衍射分析，这一表征的成功表明他将能够合成这一化合物。

至此，他和导师仅用了三个礼拜便合成了本次化合物，并花费三个多月完成了其余工作。

“可以说，自从决定冒着风险转战阵地，我们便一帆风顺。三个礼拜得到关键数据，三个月完成实验工作，一个月完成论文的撰写和修改，投稿后一个多月接到修改要求，又经过一个礼拜论文被接受。”其表示。

日前，相关论文以《N-杂环卡宾-稳定重氮苯的合成和反应性》（Synthesis and reactivity of an N-heterocyclic carbene–stabilized diazoborane）为题发在Science[1]。

张翀赫是第一作者，美国麻省理工学院的克里斯托弗·C·卡明斯（Christopher C. Cummins）教授和小罗伯特·J·吉利德（Robert J. Gilliard Jr.）教授担任共同通讯作者。

两位审稿人评价本次工作是硼化学领域的重大突破。其中一位审稿人表示很多课题组都曾尝试过合成这一类化合物，然而最终都以失败告终，因此看到本次设计出来的合成路线让其感到惊叹不已。

据张翀赫介绍，本次化合物的重要性在于它是一个优良的硼宾前体，并用被来尝试做一些新型的硼化反应。

目前，课题组最主要的计划就是探寻这些硼化反应的可行性。当然，他和导师也会改进重氮硼烷的合成路线，争取缩短合成步骤，并使用更便宜的化学试剂来完成合成。

参考资料：

1.Zhang, Chonghe, Christopher C. Cummins, and Robert J. Gilliard Jr. "Synthesis and reactivity of an N-heterocyclic carbene–stabilized diazoborane."Science385.6706 (2024): 327-331.

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