将“镍”进行到底！这个团队继Nature之后再发Nature Catalysis！

通讯单位：和，西班牙；i ，西班牙

DOI: 10.1038/-020-00560-3

背景

从简单易得的苯酚衍生前体开始，镍催化强 σ C–O 官能化以形成 CC 键已成为一种创新选择。然而，这些方法的机理尚不明确。

本文重点

图形分析

根据大量文献，镍催化作为一种快速可靠地从简单易得的前体构建分子复杂性的方法，已经获得了相当大的发展势头。与第 10 族同源物不同，镍可以实现单电子反应并填充 Ni(I) 和/或 Ni(III) 途径以形成新的 CC 和碳杂原子键。此外，镍催化剂还具有激活 Pd 或 Pt 系统无法获得的强 σ 键的优势。例如，虽然在钯催化中使用芳基磺酸盐偶联剂是常规做法，但芳基酯中更强的 sp2 CO 键的功能化仅在镍催化领域才有可能。利用非常规但易得的苯酚亲电试剂代替常用的芳基卤化物开辟了一系列具有未开发合成潜力的转化（图 1a）。

图 1.芳香族 sp2 碳氧键的催化功能化。

氧化加成配合物的合成与表征

我们设想了一条通过阴离子复分解反应从 (PCy3)2NⅡ(芳基)Cl 制备 I 的路线，其中通过将适当的芳基氯化物氧化加成到 Ni(0) 上制备复合物（图 2a）。图 2 中所示的复分解反应是合成单核 κ1-O 氧化加成复合物的可行合成路线；然而，在催化条件下，此类复合物将通过 Ni(0) 复合物与芳基酯之间的反应形成。因此，我们在室温下将 Ni(0) 源 [Ni(PCy3)2]2N2 与邻甲苯基新戊酸在 C6D6 中反应（图 2b）。

图2.单齿配体支持的单核和双核芳香酯氧化加合物的合成。

作者接下来研究了氧化加成复合物 (PCy3)nNi(II)(aryl)OPiv 的稳定性。下图所示的实验表明，芳香酯的单核氧化加成复合物可以形成 Ni(I) 复合物，而不会发生歧化反应，这是催化剂失活的症状。

图 3.羧酸 Ni(I) 复合物的合成。

阐明锌对催化转化的影响

我们发现，在 ZnCl2 存在下，将邻甲苯基新戊酸酯暴露于 THF-d8 中的 [Ni(PCy3)2]2N2 溶液中，即使延长反应时间，邻甲苯基新戊酸酯也不会转化（图 4a），这表明 Ni(0) 前体与 ZnCl2 相互作用。

图4. Ni(0)与Zn(Ⅱ)之间的分子相互作用。

与这些观察结果一致，通过将 ZnCl2 与 5a 或 11 反应，发现了 Ni-Cl 对应物 4a/9 和 Zn(II) 配合物 13/14，证实存在大量从 Ni(I) 或 Ni(II) 螯合到 Zn 的配体（图 5）。事实上，这些现象可能在镍催化的交叉偶联反应中经常遇到但尚未被认识到，在这种反应中，通常使用化学计量的锌来触发氧化还原过程。

图5说明了ZnCl2对Ni（Ⅰ）和Ni（Ⅱ）配合物的影响。

阐明Ni(Ⅱ)配合物的转金属化效应

我们发现阴离子与 ZnCl2 的复分解可以在 CC 键形成之前发生。为了研究这一点，我们研究了 5a 与 Ph2Zn 的反应性（图 6a）。有趣的是，通过 NMR 仔细监测 5a 与 0.50 当量 LiCl 的反应，发现形成了 15 (37%) 和大量的 4a。虽然额外的 Ph2Zn 最终导致完全转化为 15，但尚不清楚转移主要通过 4a 还是 5a 发生。因此，我们研究了转移是否可以在没有 ZnCl2 的情况下发生。将 5a 或 8 暴露于 Ph2Zn 会导致干净的二芳基化合物形成（15 和 16），证实了在没有 κ1- 或 κ2-酯中间体的卤化 Zn(II) 盐的情况下转化的可行性（图 6b）。尽管 Zn(II) 盐参与配体螯合和 NiZn 簇形成（12），从而影响催化活性，但 Zn(II) 盐的存在使得在金属转移之前能够快速发生阴离子复分解，为快速还原消除形成 CC 键奠定基础。

图 6. 与有机锌物质的转移反应

揭示酰胺溶剂对催化活性的影响

通过监测不同溶剂中的反应进程，研究了不同取代芳基戊酸酯的哈米特图以及非生产途径和关键反应中间体的催化循环概述。这些结果特别具有说明性，表明 Zn(II) 盐和络合添加剂和/或溶剂在镍催化反应中的作用可能被忽视了。

图7.理解镍催化锌介导芳基酯芳基化的复杂性。

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关于作者

鲁本（Ruben），西班牙有机化学家，现就职于加泰罗尼亚化学研究所（ICIQ），主要从事惰性化学键的活化研究。