【有机】JACS：镍催化烯烃的区域选择性氢化芳基化/烯基化反应
近年来，金属催化的未活化脂肪族C=C键的氢化芳基化反应取得了重要进展，该反应可以快速构建具有（杂）芳基取代碳中心的有用产物。迄今为止，研究人员报道了许多芳烃、芳基亲核或亲电试剂与烯烃的分子间线性（反马氏）选择性转化，但与未活化烯烃相关的支链选择性实例却很少。仅Shenvi课题组利用氢硅烷作为氢供体发展了双金属催化（Co/Ni或Fe/Ni）的烯烃经自由基途径发生的Co(Fe)-氢原子转移（MHAT）反应（Scheme 1a）。近日，新加坡国立大学KOH Ming Joo（许民瑜）和Hongyu Wang课题组合作首次报道了NHC-Ni配合物和醇盐促进的烯烃与亲电的有机溴试剂/三氟甲基磺酸酯的马氏选择性氢化芳基化反应（Scheme 1b）。相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.1c03228）。
（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
起初，作者以非活化的烯烃1和苯基三氟甲基磺酸酯2作为模型底物，乙醇钾作为氢原子供体对反应条件进行筛选（Table 1）。研究显示，仅Ni(cod)2和N-杂环卡宾（NHC）配体衍生的镍络合物能够促进氢化芳基化反应，二聚的Ni(I)配合物Ni-1活性最高，以71%的收率得到所需产物3和Heck型副产物4，支链选择性为98:2（entries 1-7）。为了抑制Heck型副反应，作者推测使用其他的金属醇盐能更有效地生成所需的Ni氢物种II，从而避免I发生β-H消除和/或烯烃异构化（Scheme 1b）。随后作者考察了多种醇盐后确定NaOi-Pr是最佳氢原子来源，3的收率最高为90%（entries 8-11）。
（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
在最优反应条件下，作者继续考察了烯烃的适用范围（Scheme 2）。含有不同官能团的未活化单取代烯烃可以67-92%的收率和高达98%的马氏选择性得到相应的加氢芳基化产物（5-22）。醚、硅烷、氨基酯、酰胺等官能团都是耐受的。此外，芳基烯烃和1,3-二烯也是合适的底物（22-24）。衍生自生物活性分子的烯烃也与该催化体系兼容，顺利得到产物26。
（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
1,1-或1,2-二取代的烯烃同样能高效地进行该氢化芳基化反应，以较好的收率和优异的支链选择性生成偶联产物27-44（Scheme 3）。
（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
接着，作者考察了亲电试剂的底物范围（Scheme 4）。在邻、间、对位上带有富电子或缺电子基的芳基三氟甲磺酸酯都能顺利反应，以68-91%的收率和得到产物（46-55）。吡啶或者烯基三氟甲磺酸酯也适用于该体系（56-60）。除了三氟甲磺酸酯外，芳基和杂芳基溴化物在标准条件下也是合适的底物，以43-67%的收率和优异的支链选择形成产物（61-64）。作者利用该策略简洁高效地构建了具有活性的重要化合物69和73，这进一步证明了该策略的实用性（Scheme 4b）。
（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
根据同位素标记和自由基钟等实验结果，作者提出一个合理的反应机制（Scheme 6）。首先，二聚体Ni-1解离，然后与NaOi-Pr进行氯取代反应生成Ni(I)-异丙醇配合物i。亲电试剂85（G=芳基，烯基）经氧化插入形成Ni(III)物种ii，其与烯烃84经马氏选择性碳镍化反应得到Ni烷基配合物iii。支链选择性可能源于在最有利的过渡状态下，大位阻的有机镍配合物（比G大）和烯烃取代基（R1和R2）之间的空间斥力最小。对于R1或R2是氢的烯烃，iii可能进行分子内反应β-H消除形成Heck型产物。大量的NaOi-Pr能诱导iii转化为Ni双醇盐iv，随后异丙醇经β-H消除脱氢产生Ni-氢化物v，同时释放出丙酮副产物。最后v发生还原消除转移氢原子得到86。
（图片来源：J. Am. Chem. Soc.）
总结：在简单易得的烷氧基碱和有机溴化物或三氟甲磺酸酯作用下，作者实现了NHC-Ni(I)催化的具有不同电性和空间位阻的单取代、1,1-和1,2-二取代烯烃的马氏选择性氢化芳基（烯基）化反应。该方法收率较高，选择性优异，且底物适用范围广泛。研究表明该策略并非经历了自由基机制，而是进行了连续的碳金属化和氢化物转移。