通过N-杂环芳烃的还原可以得到有价值的去芳香化N-杂环化合物，比如在有机化学、医药和生物等方面都很重要的二氢吡啶。1,4-二氢吡啶及其类似物，可以作为有机氢化物供体和温和的还原试剂；1,2-二氢吡啶则是构建天然产物和药物分子的重要模块。催化氢化是合成二氢吡啶最直接的方法，但这类反应往往条件苛刻，并且化学选择性和区域选择性都比较差。为了解决这一问题，研究人员开发了吡啶的催化硅氢化和硼氢化方法。在Mg，Ru和有机硼催化剂作用下，可以得到吡啶的1,4-还原产物；而Rh、La、Ca、Ir等金属催化体系则可以实现吡啶的1,2-还原（图1a）。
图1. 吡啶选择性还原
来源：J. Am. Chem. Soc.
近日，来自山东大学化学与化工学院的王文光课题组，在J. Am. Chem. Soc.上发表论文，报道了二氮桥二铁化合物[Cp*(Ph2PC6H4S)Fe]2(µ-N2)（1）催化的N-杂环芳烃1,2-硼氢化反应（图b）。与一般过渡金属催化反应不同，这类催化过程的第一步是N-杂环芳烃和铁原子中心的配位，而不是B-H键的活化。
在研究反应条件之前，作者通过[Cp*Fe(NCMe)3]PF6和Ph2PC5H4SNa的直接反应制备了化合物1，并对其进行了X射线晶体结构分析（图2）和拉曼光谱分析。化合物1呈中心对称排列，分子中的两个Cp*(Ph2PC6H4S)模块被线性的N≡N连接（∠ Fe-N-N =177.3(4)°）。
图2. 化合物1的结构
来源：J. Am. Chem. Soc.
在1,2-硼氢化反应研究中，作者先以吡啶（2a）为反应底物，HBpin为还原试剂，加入1mol%催化剂1，室温下反应24小时。反应得到了目标产物1,2-二氢吡啶（3a），但转化率只有39%。于是，作者将反应温度升高至50 ℃，产率提升到了61%。作者还尝试了其他还原试剂，如9-BBN和HBcat，但它们都不能使吡啶还原。
接下来，作者对硼氢化反应的底物展开了拓展。先被研究的吡啶化合物，由图3可以看到，3位和4位被取代的吡啶都能被还原，而2位取代吡啶的反应活性相对较差。其中，吡啶4位被吸电子基取代时，反应活性略好于供电子基取代（3b-3e）；对于3-取代吡啶，还原所得产物为单一1,2-二氢吡啶或者二氢吡啶混合物，且大多数情况以1,2-选择性产物为主（3f-3l）；2位取代吡啶参与反应，得到的也是二氢吡啶混合物（3n）。另外，三氟甲基、苯基、甲氧基、酯基等多种官能团都能兼容此还原反应条件。除了吡啶化合物之外，铁催化硼氢化反应还可以被拓展至多种苯并氮杂环化合物（图4）。
图3. 吡啶底物拓展
来源：J. Am. Chem. Soc.
图4. 苯并氮杂环底物拓展
来源：J. Am. Chem. Soc.
为了研究催化循环的起始步骤，作者设计了多个化学计量反应，并发现催化剂1在反应中先与N-杂环芳烃反应，而非活化HBpin。此外，作者还使用DBpin进行了动力学同位素效应研究，结果表明，B-H键断裂是催化反应的控速步骤。
最后，作者以异喹啉为例，提出了硼氢化反应的机理，如图5所示。异喹啉先与催化剂1中的铁原子配位，生成6；然后，6与HBpin生成硼离子中间体M1，并通过H转移转化成M2；最后便得到还原产物5d和活性催化组分1’。
图5. 硼氢化催化循环
来源：J. Am. Chem. Soc.
总结：
王文光课题组开发了二氮桥二铁配合物催化的N-杂环芳烃与HBpin的1,2-硼氢化方法，反应具有优异的区域选择性和广泛的官能团兼容性。机理研究显示，铁原子中心引发催化过程，而B-H键断裂为控速步骤。
论文链接：
http://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b11416
王文光教授简介：
http://chemnew.sdu.edu.cn/tea-142.html
王文光教授
来源：山东大学化学与化工学院
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