上海有机化学研究所最新Science

在铜催化的交叉偶联反应中，碳卤素键断裂的步骤仍然不明确，因为铜有多种氧化还原形态，而且形成的高价铜产物不稳定。

2023年9月8日，中国科学院上海有机化学研究所沈其龙、薛小松及加州大学伯克利分校John F. Hartwig共同通讯在Science 在线发表题为“Oxidative addition of an alkyl halide to form a stable Cu(III) product”的研究论文，该研究报道了α-卤代乙腈对离子和中性铜(I)配合物的氧化加成，形成以前难以捉摸但在这里完全表征了的铜(III)配合物。

这些配合物的稳定性源于Cu−CF3键强和C(CF3)−C(CH2CN)键形成还原消除的高势垒。作者进行的机理研究表明，离子和中性铜(I)配合物的氧化加成通过两种不同的途径进行:离子配合物的SN2型取代和卤素原子转移到中性配合物。总之，该研究观察到明显的配体加速氧化加成，这与在铜催化偶联中观察到的唑、胺或炔与烷基亲电试剂的偶联有关。

C -铜介导的交叉偶联反应已经成为构建碳-碳(C-C)和C-杂原子键的最有效方法之一。该领域早期的研究主要集中在sp2 -杂化碳亲电试剂的偶联上，近年来，研究范围扩大到sp3 -杂化碳亲电试剂的轻度偶联。近年来，在铜介导或催化的烷基卤化物的烷基化、芳化和胺化方面取得了很大进展，为在烷基链和环上安装官能团提供了一种替代和实用的方法。尽管这扩大了使用铜的烷基亲电试剂的交叉偶联反应的范围，但这些反应的机制尚不清楚。

在此之前，提出了铜催化烷基亲电试剂交叉偶联反应的两个不同循环。一个循环包括一个双电子Cu(I)/Cu(III)歧管，一个循环包括一个逐步的Cu(I)/Cu(II)歧管，涉及Cu(I)中心和烷基亲电试剂之间的初始单电子转移(SET)，生成Cu(II)中间体和烷基自由基，然后将官能团从生成的Cu(II)物种转移到烷基自由基。这两种途径的区分是具有挑战性的，因为反应中的高价铜中间体，特别是假定的Cu(III)中间体，具有高活性，通常无法检测。

铜介导的交叉偶联机制（图源自Science ）

因此，分离的，定义良好的烷基铜(III)配合物是罕见的。在21世纪初，Bertz、Ogle和Gschwind等人的研究表明，烷基碘化物与离子吉尔曼试剂反应会产生Cu(III)物质，这些物质在−93℃以下的温度下通过快速注入核磁共振(RI-NMR)光谱技术进行了表征。然而，即使在这个温度下，Cu(III)中间体的形成也很快，这使得烷基卤化物与Cu(I)的反应机理研究具有挑战性。

作者研究了烷基卤化物与三氟甲基-Cu(I)配合物的反应。最初选择稳定的[Ph4P]+ [Cu(CF3)2]−和[(bpy)Cu(CF3)] (bpy，联吡啶)作为Cu(I)配合物，分别代表无配体“ate”型Cu(I)配合物和中性的联吡啶化Cu(I)配合物。这些配合物将使作者能够探索两种不同类型的Cu(I)配合物的反应性差异以及氮配体对氧化加成过程的影响。作者选择了α-卤代乙腈XCH2CN[其中X(卤素)是Cl, Br或I]作为烷基亲电试剂，因为XCH2CN比其他烷基卤化物更亲电，降低了Cu(I)氧化加成的屏障。

由于氰基的吸电子性质，从[(配体)CuIII(CF3)2(CH2CN)]络合物中形成C−C键的还原消除势垒可以足够高，从而可以直接观察到产物，并可能分离出产物。该研究报道了从卤化乙腈氧化加成到离子和中性三氟甲基Cu(I)配合物中分离出Cu(III)配合物。对这些反应的机理研究，结合计算和实验研究，表明阴离子和中性配合物通过不同的机制与相同的烷基卤化物反应。

原文链接：

https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adg9232

转自：“iNature”微信公众号

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