芳烃官能团化中的位点选择性控制是合成化学中的经典课题。Friedel和Crafts的开创性工作揭示了亲电芳香取代的固有选择性，即亲电试剂进攻由给电子取代基控制的邻位和对位，而吸电子取代基在更苛刻的条件下转为间位选择性，然而导向基策略可以打破底物的内在选择性的限制。随着近十多年来的发展，化学家将具有导向基团的底物与催化剂组成大环蕃状结构的过渡态来实现芳烃远程的官能团化。这些方法的缺点在于需要化学计量的复杂导向基并需要额外的预安装和后期去模板步骤（图1A）。如果将催化剂与分子中的基团形成非共价键，则仅需要很少量的催化剂就能实现芳烃区域选择性控制。显而易见的是，这种设计极具挑战性，因为非共价相互作用比共价相互作用弱得多（图1B）。
此外，芳烃的间位和对位C-H键距离导向基团较远，过渡态的细微构象变化对位点选择性有显著影响。近日，南京大学化学化工学院梁勇课题组通过计算设计来指导各种芳烃的可调控C-H硼化反应，并能在间位或对位位点进行精确控制。多种氢键受体包括Weinreb酰胺、膦酸酯和硼酸酯等都可以作为导向基团，且它们可以很容易地转化为许多其它类型的官能团。该工作还展示了过渡态计算在远程C-H活化催化剂设计中的关键作用（图1C）。文章链接DOI：10.1016/j.chempr.2022.04.025
图 1 烃官能团化中的位点选择性控制
总结：梁勇课题组通过计算化学的手段设计配体来精确控制芳烃官能团化中间位和对位选择性。该课题组利用催化剂与分子中的基团形成氢键的非共价键策略，将化学计量的复杂导向基团变成了催化量的配体，提高了化学合成中的原子经济性和步骤经济性。另外，计算指导的设计策略极大地加速了新配体的发现，从而减少了设计和开发过程中的反复试验。
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