第一作者：Congjun Yu

通訊作者：Guangbin Dong

通訊單位：芝加哥大學(xué)

成果速覽

本研究報道了一種基于銠催化的非應(yīng)變芳基-芳基鍵的分裂交叉偶聯(lián)（SXC）策略，該策略允許通過斷裂常見的2,2′-聯(lián)苯酚的非應(yīng)變芳基-芳基鍵，并與多種芳基碘化物進(jìn)行兩重芳基化反應(yīng)。

該反應(yīng)由銠復(fù)合物催化，并由可移除的磷酸酯導(dǎo)向基團(tuán)和有機(jī)還原劑如四甲基氨基乙炔（TDAE）促進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)理研究揭示了一個由路易斯酸共催化劑加速的周轉(zhuǎn)限制的還原消除步驟。該偶聯(lián)方法在非對稱2,6-二芳基化酚的模塊化和簡化合成以及苯基單元的骨架插入中得到了應(yīng)用。

圖文導(dǎo)讀

圖1：展示了從非應(yīng)變芳基-芳基鍵的激活到SXC的過程。

圖2：SXC反應(yīng)的底物范圍。

圖3：機(jī)理研究。

圖4：非對稱2,6-二芳基化酚的合成。

圖5：通過切割和縫合轉(zhuǎn)化將苯基單元插入2,2′-聯(lián)苯酚。

亮點(diǎn)介紹

1. 本研究開發(fā)了一種新穎的分裂交叉偶聯(lián)（SXC）反應(yīng)，該反應(yīng)基于銠催化的非應(yīng)變芳基-芳基鍵的活化，為合成二芳基結(jié)構(gòu)提供了一種創(chuàng)新的方法。

2. 與傳統(tǒng)的交叉偶聯(lián)反應(yīng)相比，SXC提供了一種概念上不同的方法，可以從易得的二聚體底物中生成雙倍的二芳基產(chǎn)物。

3. 通過整合C-H活化，該策略允許高效地合成非對稱鄰位二芳基化酚，這些化合物在傳統(tǒng)方法中難以合成。

4. 該研究還實(shí)現(xiàn)了一種獨(dú)特的骨架編輯方法，通過插入苯基單元來編輯惰性的芳基-芳基鍵。

5. 通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算相結(jié)合的方法，研究者們揭示了反應(yīng)的機(jī)理，特別是路易斯酸添加劑的作用，這對于開發(fā)其他生產(chǎn)性的C-C活化反應(yīng)具有重要意義。

計(jì)算模擬

在論文中，研究者們通過計(jì)算模擬來深入理解反應(yīng)的機(jī)理。特別是，他們采用了密度泛函理論（DFT）計(jì)算來探究分裂交叉偶聯(lián)（SXC）反應(yīng)的詳細(xì)步驟和能量變化。

首先，研究者們通過DFT計(jì)算分析了銠催化劑在反應(yīng)中的作用。他們發(fā)現(xiàn)，銠催化劑與底物的相互作用能導(dǎo)致銠單體的形成，這是反應(yīng)的起始步驟。接著，通過與芳基碘化物的氧化加成反應(yīng)，形成了銠(III)二鹵化物中間體。研究者們進(jìn)一步探討了通過過量的TDAE還原該中間體，生成銠(I)物種的過程。

研究者們還研究了在沒有路易斯酸的情況下，C-C還原消除步驟的能壘較高。通過計(jì)算，他們發(fā)現(xiàn)加入路易斯酸（例如InI3）可以顯著降低過渡態(tài)的立體位阻，從而降低了還原消除步驟的能壘。

此外，研究者們通過計(jì)算模擬確定了反應(yīng)的動力學(xué)輪廓。他們發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)的初始速率與銠催化劑的濃度呈一階依賴關(guān)系，而與芳基碘化物的濃度呈零階依賴關(guān)系。這表明氧化加成到C-I鍵的步驟并不涉及周轉(zhuǎn)限制步驟。此外，他們還觀察到路易斯酸的濃度對反應(yīng)速率有正向影響，這與添加劑在降低C-C還原消除步驟能壘中的關(guān)鍵作用一致。

通過這些計(jì)算模擬，研究者們不僅揭示了SXC反應(yīng)的可能機(jī)理，還為設(shè)計(jì)更有效的催化系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)。這些計(jì)算結(jié)果對于理解和改進(jìn)基于銠催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)具有重要的科學(xué)意義。

文獻(xiàn)信息

Congjun Yu, Zining Zhang & Guangbin Dong. Split cross-coupling via Rh-catalysed activation of unstrained aryl–aryl bonds. Nature Catalysis.