近年來(lái),因?yàn)殒嚧呋瘎┑母哓S度和低成本優(yōu)勢(shì),以及其在許多催化反應(yīng)的應(yīng)用上與鈀的相似度,使得鎳催化的C-H鍵官能化反應(yīng)在碳-碳和碳-雜成鍵化學(xué)中扮演著很重要的角色。此外,相較于鈀,鎳在反應(yīng)過(guò)程中還同時(shí)具有可進(jìn)行單電子或雙電子的氧化還原特性,使其可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)于鈀系統(tǒng)的互補(bǔ)官能化途徑。至今,已知的鎳催化的C-H官能化反應(yīng)的機(jī)理是在Ni(II)中心發(fā)生C-H活化,得到Ni(II) σ-芳基或σ-烷基中間體。然后,該中間體的氧化功能化釋放出產(chǎn)物并再生Ni(II)催化劑。

圖片來(lái)源:J. Am. Chem. Soc.
然而,目前鎳催化的底物范圍要比鈀要窄得多。此外,大多數(shù)鎳催化反應(yīng)都需要較嚴(yán)苛的條件(通常溫度超過(guò)130°C)。所以這些局限性使得Ni(II)催化難度會(huì)比類似的Pd(II)更具挑戰(zhàn)。近期,美國(guó)University of Michigan的Melanie S. Sanford教授在J. Am. Chem. Soc.上報(bào)道了通過(guò)高價(jià)Ni(IV)中心進(jìn)行的氧化誘導(dǎo)C(sp3)-H鍵活化反應(yīng)。

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他們發(fā)現(xiàn)該絡(luò)合物可以經(jīng)過(guò)與軸位烷基的C-H活化過(guò)程,將Ni(IV) σ-烷基絡(luò)合物分離出來(lái)。

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此外,該反應(yīng)與Ni(II)例子中大多數(shù)的C(sp3)-H活化反應(yīng)相反,其可在室溫下進(jìn)行。

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他們通過(guò)使用密度泛函理論研究表明,這種C-H活化過(guò)程涉及兩種可能的機(jī)制。分別是涉及在Ni(IV) 中間體或Ni(III)中間體上進(jìn)行的三氟甲磺酸酯輔助的C-H鍵裂解過(guò)程,且從計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)前者途徑的可行性略高于后者。反應(yīng)過(guò)程中,他們認(rèn)為會(huì)先經(jīng)過(guò)二價(jià)鎳與配體軸位烷基的氧化C-H活化加成,形成Ni(IV) σ-烷基中間體。再通過(guò)Ni(IV) σ-烷基中間體與各種親核試劑進(jìn)行還原官能化反應(yīng),進(jìn)而形成具有C(sp3)-X鍵(X = 鹵,氧,氮,硫或碳基)的產(chǎn)物。

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該研究經(jīng)由這些化學(xué)計(jì)量的轉(zhuǎn)化,可以實(shí)現(xiàn)并證明Ni(II) / (IV)催化的C(sp3)-H官能化反應(yīng)。
參考文獻(xiàn):Nickel(II/IV) Manifold Enables Room-Temperature C(sp3)?H Functionalization
DOI: 10.1021/jacs.9b11999
原文作者:Courtney C. Roberts, Eugene Chong, Jeff W. Kampf, Allan J. Canty, Alireza Ariafard, and Melanie S. Sanford*