ในเคมีอินทรีย์ ไฮโดรโบเรชันหมายถึงการเติม พันธะ ไฮโดรเจน - โบรอนลงใน พันธะ คู่และพันธะสาม บางชนิด ที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอน ( C=C ^, C =N , C=OและC≡C ) ปฏิกิริยาเคมี นี้ มีประโยชน์ในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ [ ^{1 ]}

ปฏิกิริยาไฮโดรโบเรชันสร้างสารประกอบออร์กาโนโบเรนซึ่งทำปฏิกิริยากับสารรีเอเจนต์หลากหลายชนิดเพื่อผลิตสารประกอบที่มีประโยชน์ เช่นแอลกอฮอล์เอมีนหรือแอลคิลเฮไลด์ปฏิกิริยาที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายที่สุดของออร์กาโนโบเรนคือการออกซิเดชันเพื่อผลิตแอลกอฮอล์จากแอลคีน

การพัฒนาเทคโนโลยีนี้และแนวคิดพื้นฐานได้รับการยอมรับโดยรางวัลโนเบลสาขาเคมีที่มอบให้แก่Herbert C. Brown ^{[ 2 ] [ 3 ]}

งานวิจัยดั้งเดิมส่วนใหญ่เกี่ยวกับไฮโดรโบเรชันใช้ไดโบเรนเป็นแหล่งของ BH3 _{อย่างไรก็ตาม}โดยทั่วไปแล้ว จะใช้ สารเชิงซ้อนโบเรนไดเมทิลซัลไฟด์_BH3S (CH3 ₎ 2 ₍ BMS) แทน^{[ 5 ]}ซึ่งสามารถหาได้ในรูปแบบที่มีความเข้มข้นสูง^{[ 6 ]}

สารประกอบBH _{3 (THF) มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในรูปแบบสารละลาย THF} เช่นกัน อายุการเก็บรักษาน้อยกว่า BMS ^{[ 7 ]}

ในแง่ของผลลัพธ์จากการสังเคราะห์ ไดโบเรน หรือ BMS ที่ใช้งานได้สะดวกกว่า และโบเรน-THF ให้ผลลัพธ์ที่เทียบเท่ากัน

สัดส่วนทางเคมีและตำแหน่งการเกิดปฏิกิริยาในอุดมคติของการไฮโดรโบเรชันของแอลคีนปลายมีดังนี้:

BH ₃ + 3 RCH=CH ₂ → B(CH ₂ −CH ₂ R) ₃

ในความเป็นจริง ขั้นตอนไฮโดรโบเรชันแต่ละขั้นตอนเป็นไปตามการเติมแบบ 1,2 แต่ประมาณ 4% จะให้การเติมแบบ 2,1 (ให้ไอโซเมอร์ B(CH(CH3)R) ^{[ 1 ]} ในกรณีที่รุนแรง เช่น อัลคีนที่ถูกแทนที่ ris การไฮโดรโบเรชันจะให้ ความแตกต่างของอัตราที่สำคัญในการผลิตไดและไตรอัลคิลโบเรนนี้มีประโยชน์ในการสังเคราะห์โบเรนขนาดใหญ่ที่สามารถเพิ่มการเลือกตำแหน่งได้

ในแง่ของตำแหน่งการเกิดปฏิกิริยา ไฮโดรโบเรชันโดยทั่วไปจะเป็นแบบแอนตี้-มาร์คอฟนิคอฟกล่าวคือ ไฮโดรเจนจะเพิ่มเข้าไปที่คาร์บอนที่มีหมู่แทนที่มากที่สุดของพันธะคู่ การที่ตำแหน่งการเกิดปฏิกิริยาเป็นแบบย้อนกลับจากปฏิกิริยา HX ทั่วไป สะท้อนให้เห็นถึงขั้วของพันธะ B ^δ+ -H ^δ−ไฮโดรโบเรชันดำเนินไปผ่านสถานะเปลี่ยนผ่านแบบสี่สมาชิก: อะตอมของไฮโดรเจนและโบรอนเพิ่มเข้าไปในด้านเดียวกันของพันธะคู่ แม้ว่ากลไกจะเป็นแบบพร้อมกัน การเกิดพันธะ CB จะเกิดขึ้นเร็วกว่าการเกิดพันธะ CH เล็กน้อย ส่งผลให้ในสถานะเปลี่ยนผ่าน โบรอนจะมีประจุลบเล็กน้อย ในขณะที่คาร์บอนที่มีหมู่แทนที่มากกว่าจะมีประจุบวกเล็กน้อย ประจุบวกเล็กน้อยนี้ได้รับการรองรับได้ดีกว่าโดยคาร์บอนที่มีหมู่แทนที่มากกว่า ในทางทฤษฎี ปฏิกิริยานี้เป็นตัวอย่างของปฏิกิริยาการถ่ายโอนหมู่อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ออร์บิทัลที่เกี่ยวข้องเผยให้เห็นว่าปฏิกิริยานี้เป็นแบบ 'ซูโดเพอริไซคลิก' และไม่เป็นไปตามกฎของวูดเวิร์ด-ฮอฟมันน์สำหรับปฏิกิริยา เพอริไซคลิก

ไฮโดรโบเรชันของแอลคีน ที่มีหมู่แทนที่สามหมู่ จะวางโบรอนไว้บนคาร์บอนที่มีหมู่แทนที่น้อยกว่า^{[ 8 ]}

ปฏิกิริยาไฮโดรโบเรชันของอัลคีนที่มีหมู่แทนที่ 1,2 ตำแหน่ง เช่น โอเลฟิน แบบซิสหรือทรานส์โดยทั่วไปจะให้สารผสมของออร์กาโนโบเรนทั้งสองชนิดในปริมาณที่ใกล้เคียงกัน แม้ว่าคุณสมบัติทางสเตอริกของหมู่แทนที่นั้นจะแตกต่างกันมากก็ตาม สำหรับโอเลฟินที่มีหมู่แทนที่ 1,2 ตำแหน่งดังกล่าว การเลือกตำแหน่งปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อหมู่แทนที่หนึ่งในสองหมู่เป็นวงแหวนฟีนิล ในกรณีเช่นนี้ เช่นทรานส์ -1-ฟีนิลโพรพีน อะตอมของโบรอนจะอยู่บนคาร์บอนที่อยู่ติดกับวงแหวนฟีนิล ข้อสังเกตข้างต้นบ่งชี้ว่าการเติมพันธะไฮโดรเจนลงในโอเลฟินอยู่ภายใต้การควบคุมทางอิเล็กตรอนมากกว่าการควบคุมทางสเตอริก

ไฮโดรโบเรชันของอัลไคน์ให้ผลเป็นอัลเคนิลโบเรน สเตอริโอเคมีเป็นแบบซิส-แอดดิชัน สำหรับอัลไคน์ปลาย จะเกิดทั้ง_H₂BCH = HRและHB(CH=CHR) _₂ขึ้น บ่อยครั้งที่ไฮโดรโบเรชันของอัลไคน์ใช้โบเรนขนาดใหญ่ เช่น 9-BBN เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์โมโนอัลเคนิลโบเรน อัลเคนิลโบเรนไวต่อปฏิกิริยาหลายอย่าง เช่น โปรตอนไลซิสเพื่อให้ได้อัลคีน และการออกซิเดชันเพื่อให้ได้อัลดีไฮด์หรือคีโตน^{[ 9 ]}

ดังที่บราวน์ได้รับรางวัลโนเบล การไฮโดรโบเรชันเป็นกระบวนการที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากอัลคิลบอเรนมีความไวต่อปฏิกิริยาหลายอย่าง

การนำอัลคิลบอเรนไปทำปฏิกิริยากับเบสและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะได้แอลกอฮอล์:

ปฏิกิริยาสุทธิคือการเติมน้ำ

เนื่องจากการเติม HB ลงในโอเลฟินเป็นแบบสเตอริโอสเปซิฟิก ปฏิกิริยาออกซิเดชันนี้จึงจะเป็น แบบ ไดแอสเตอริโอซี เลคทีฟ เมื่อแอลคีนมีหมู่แทนที่สามหมู่^{[ 10 ]}ดังนั้น ไฮโดรโบเรชัน-ออกซิเดชันจึงเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการผลิตแอลกอฮอล์ในแบบสเตอริโอสเปซิฟิกและแอนตี้-มาร์คอฟนิคอฟ

ไฮโดรโบเรชันยังสามารถนำไปสู่เอมีนได้โดยการบำบัดออร์กาโนโบเรนตัวกลางด้วยโมโนคลอรามีนหรือกรด O-ไฮดรอกซีลามีนซัลโฟนิก (HSA) ^{[ 11 ]}

โอเลฟินปลายทางจะถูกแปลงเป็นอัลคิลโบรไมด์และอัลคิลไอโอไดด์ ที่สอดคล้องกัน โดยการบำบัดตัวกลางออร์กาโนโบเรนด้วยโบรมีน^{[ 12 ]}หรือไอโอดีน^{[ 13 ]}อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาดังกล่าวไม่ได้รับความนิยมมากนัก เนื่องจาก รีเอเจนต์ที่ใช้ ซัคซินิไมด์เช่น NIS และ NBS มีความหลากหลายมากกว่าและไม่ต้องการเงื่อนไขที่เข้มงวดเหมือนออร์กาโนโบเรน เป็นต้น

ไตรอัลคิลโบเรนทำปฏิกิริยากับคาร์บอนมอนอกไซด์เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีโครงสร้างคล้ายกัน เช่น 2-โบรา-1,3-ไดออกโซเลน เมื่อทำการเติม CO ในที่ที่มีตัวรีดิวซ์ไฮไดรด์ จะได้แอลกอฮอล์ปฐมภูมิ

ตัวอย่างหนึ่งของโมโนอัลคิลโบเรนคือเทกซิลโบเรน (ThxBH ₂ ) ซึ่งผลิตโดยไฮโดรโบเรชันของเตตราเมทิลเอทิลีน : ^{[ 14 ]}

B ₂ H ₆ + 2 Me ₂ C=CMe ₂ → [Me ₂ CHCMe ₂ BH ₂ ] ₂

ตัวอย่างไครัลคือโมโนไอโซพิโนแคมเฟอิลบอเรน แม้ว่าจะมักเขียนเป็น IpcBH ₂ก็ตาม แต่มันคือไดเมอร์ [IpcBH ₂ ] ₂ซึ่งได้มาจากการไฮโดรโบเรชันของ (−)‐α‐พินีนด้วยโบเรนไดเมทิลซัลไฟด์^{[ 15 ]}

สามารถเตรียมโมโนโบรโม-และโมโนคลอโร-โบเรนได้จาก BMS และโบรอนไตรเฮไลด์ที่เกี่ยวข้อง คอมเพล็กซ์ที่เสถียรของโมโนคลอโรโบเรนและ 1,4-ไดออกเซนมีผลต่อไฮโดรโบเรชันของอัลคีนปลายทาง^{[ 16 ]}

ไดไซ อามิลโบเรนที่มีหมู่กีดขวางจำนวนมากโดดเด่นคือไดไซอามิลโบเรนซึ่งย่อว่า Sia ₂ BH นอกจากนี้ยังเป็นไดเมอร์ด้วย เนื่องจากมีมวลเชิงสเตอริกมาก จึงสามารถไฮโดรโบเรตแอลคีนที่มีหมู่กีดขวางน้อยกว่า ซึ่งมักจะเป็นแอลคีนปลายสุดได้อย่างเลือกสรรเมื่อมีแอลคีนที่มีหมู่แทนที่มากกว่าอยู่ด้วย^{[ 17 ]}ไดไซอามิลโบเรนต้องเตรียมใหม่ เนื่องจากสารละลายของมันสามารถเก็บไว้ที่ 0 °C ได้เพียงไม่กี่ชั่วโมงเท่านั้น ไดไซโคลเฮกซิลโบเรน Chx ₂ BH มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีกว่า Sia ₂ BH

ไดอัลคิลโบเรนอเนกประสงค์คือ9-BBNเรียกอีกอย่างว่า "กล้วยโบเรน" ซึ่งมีอยู่ในรูปไดเมอร์ ปฏิกิริยากับ 9-BBN มักเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 60–80 °C โดยแอลคีนส่วนใหญ่จะทำปฏิกิริยาภายในหนึ่งชั่วโมง แอลคีนที่มีหมู่แทนที่สี่หมู่จะเพิ่ม 9-BBN ที่อุณหภูมิสูงขึ้น การไฮโดรโบเรชันของแอลคีนด้วย 9-BBN ดำเนินไปด้วยความเลือกตำแหน่งที่ดีเยี่ยม มีความไวต่อความแตกต่างทางสเตอริกมากกว่า Sia ₂ BH อาจเป็นเพราะโครงสร้างหลัก C ₈ ที่แข็งแรง 9-BBN มีปฏิกิริยาต่อแอลคีนมากกว่าแอลไคน์^{[ 18 ]}

สำหรับการไฮโดรโบเรชันแบบเร่งปฏิกิริยาพินาโคลโบเรนและคาเทโคลโบเรนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย นอกจากนี้ยังแสดงปฏิกิริยาที่สูงกว่าต่ออัลไคน์อีกด้วย^{[ 19 ]}พินาโคลโบเรนยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการไฮโดรโบเรชันแบบปราศจากตัวเร่งปฏิกิริยา

• คาร์โบโบเรชัน
• ไฮโดรโบเรชันที่เร่งปฏิกิริยาด้วยโลหะ