芳基腈和芳基硫醚通常存在于天然產(chǎn)物、香料、藥物分子以及生物活性分子中。盡管目前關(guān)于這兩類化合物的合成及轉(zhuǎn)化的方法已有報(bào)道，但是關(guān)于這兩類化合物之間的相互轉(zhuǎn)化還未曾報(bào)道。對(duì)于芳基腈和芳基硫醚，從應(yīng)用上講，腈類化合物通常是羧酸、酮以及酰胺的前體，而芳基硫醚則是多種重要的含硫產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)單元。從電性上講，氰基作為吸電子基團(tuán)對(duì)芳環(huán)具有致鈍作用，可導(dǎo)致芳環(huán)的親電取代發(fā)生在間位；而硫醚是一類相對(duì)電中性的取代基，通常會(huì)使芳環(huán)的親電取代發(fā)生在對(duì)位。綜上所述，正是由于這兩類重要的官能團(tuán)固有的正交性和互補(bǔ)性，實(shí)現(xiàn)芳基腈和芳基硫醚之間的可逆相互轉(zhuǎn)化具有十分重要的意義（Figure 1A）。
Figure 1. Importance of Aryl Nitriles and Aryl Thioethers
（來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）
最常用的制備芳基腈和芳基硫醚的方法是由芳基鹵化物（親電試劑）和金屬氰化物或硫醇（親核試劑）進(jìn)行反應(yīng)（Figure 2B）。但是金屬氰化物一般都具有很高的毒性，而低分子量的硫醇不僅毒性較高，一般還伴有惡臭氣味。這些傳統(tǒng)親核試劑自身的缺點(diǎn)大大限制了這類反應(yīng)的應(yīng)用。對(duì)于腈類化合物，為了避免使用傳統(tǒng)的金屬氰化物試劑以及其他高毒氰試劑（例如TMSCN和丙酮氰醇），急需發(fā)展一些毒性較小的替代物。其中乙腈、丁腈和2-甲基-2-苯基丙二腈等都可以作為比較友好的氰試劑。對(duì)于硫醇化合物，Walsh課題組曾報(bào)道芳基芐基硫醚通過(guò)脫芐基和芳基溴化物進(jìn)行反應(yīng)，以制備各種二芳基硫醚化合物。最近，Wu課題組報(bào)道了一項(xiàng)通過(guò)使用烷基硫醚作為硫醇供體制備芳基硫醚的例子。盡管這些親核試劑以及合成方法有了很大的改進(jìn)，但總體而言，它們?nèi)匀粚儆诮?jīng)典交叉偶聯(lián)的范疇，即由親電試劑（芳基鹵化物等）參與的不可逆偶聯(lián)反應(yīng)（Figure 2C）。
Figure 2. Synthesis of Aryl Nitriles and Aryl Thioethers
（來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）
2018年，Arndtsen及Morandi課題組幾乎同時(shí)報(bào)道了酰氯和芳基碘代物的可逆交叉復(fù)分解反應(yīng)。在這些工作中，通過(guò)采用單一的催化體系就可以實(shí)現(xiàn)這兩種官能團(tuán)的有效交換。2020年，Yamaguchi課題組根據(jù)這一理念報(bào)道了在鎳催化劑的作用下，芳基酯和芳基鹵代物的可逆交叉復(fù)分解反應(yīng)。目前除了僅有的幾例碳-雜原子鍵的交叉復(fù)分解反應(yīng)，其他官能團(tuán)之間的交叉復(fù)分解（如芳基腈和硫醚之間的互相轉(zhuǎn)換）亟待發(fā)掘。德國(guó)馬克斯·普朗克煤炭研究所的BillMorandi課題組在碳-雜原子鍵的復(fù)分解反應(yīng)研究中已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。最近該課題組又報(bào)道了芳基腈和芳基硫醚在鎳催化劑的作用下實(shí)現(xiàn)C-CN鍵及C-SR鍵的交叉復(fù)分解反應(yīng)（Figure 3D）。相關(guān)研究成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 上（DOI: 10.1021/jacs.1c00529）。
Figure 3. Nickel-Catalyzed Reversible Functional Group Metathesis between Aryl Nitriles and Aryl Thioethers
（來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）
此項(xiàng)工作主要面臨兩方面的挑戰(zhàn)：反應(yīng)中采取的單一催化劑需要對(duì)芳基腈和芳基硫醚化合物均能實(shí)現(xiàn)可逆氧化加成過(guò)程（根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，鎳催化劑可行）；此外，反應(yīng)經(jīng)歷氧化加成之后，兩個(gè)中間體的后續(xù)交換在動(dòng)力學(xué)上是可行的。
作者進(jìn)行了一系列條件優(yōu)化，最終得出最優(yōu)的反應(yīng)條件，并進(jìn)行了反應(yīng)底物的考察。在進(jìn)行底物拓展的過(guò)程中，作者發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同電性的硫醚化合物的氰基化反應(yīng)，需要的腈供體不同。對(duì)于電中性或者富電子的硫醚底物，與4-氰基苯甲酸甲酯（A）的反應(yīng)效果更好；對(duì)于缺電子的硫醚底物，則更容易與1,4-二氰基苯（B）反應(yīng)（Figure 4）。
Figure 4. Scope with Respect to Aryl Thioethers
（來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）
對(duì)于不同電性的芳基腈化合物轉(zhuǎn)化為芳基硫醚化合物時(shí)，作者發(fā)現(xiàn)無(wú)論是4-甲氧基苯甲硫醚（C）還是4-嗎啉苯甲硫醚（D）都可以很好地作為硫醚供體（Figure 5）。
Figure 5. Scope with Respect to Aryl Nitriles
（來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）
此外，作者還對(duì)一些特殊的底物進(jìn)行了嘗試。當(dāng)?shù)孜锓肿又屑群辛蛎延趾星杌鶗r(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)條件下，反應(yīng)得到了四種混合的產(chǎn)物（Figure 6A）。一般來(lái)講，苯環(huán)上含有硫醚時(shí)，傅克?；l(fā)生在苯環(huán)對(duì)位；而含有氰基時(shí)，發(fā)生在苯環(huán)的間位。利用文中所報(bào)道的策略，通過(guò)硫醚類化合物向芳基腈類化合物的轉(zhuǎn)化，可以使芳基腈類化合物得到形式上對(duì)位傅克酰基化的產(chǎn)物（Figure 6B）。此外，當(dāng)苯環(huán)上含有兩個(gè)硫醚取代基時(shí)，在氧化劑m-CPBA的存在下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)硫醚的選擇性氧化。但是通過(guò)硫醚到氰基再到硫醚的轉(zhuǎn)化，可以很好地實(shí)現(xiàn)二取代芳基硫醚的選擇性氧化（Figure 6C）。
Figure 6. Synthetic Applications
（來(lái)源：J. Am. Chem. Soc.）
小結(jié)：Bill Morandi課題組報(bào)道了芳基腈和芳基硫醚在鎳催化劑的作用下實(shí)現(xiàn)了C-CN鍵及C-SR鍵的交叉復(fù)分解反應(yīng)。與傳統(tǒng)的交叉偶聯(lián)反應(yīng)不同，這種轉(zhuǎn)化不需要任何的高毒金屬氰化物或者硫醇試劑。該反應(yīng)具有很好的官能團(tuán)兼容性及底物適用性，反應(yīng)還可以用于一些藥物分子的后期衍生化，具有很大的應(yīng)用潛力。另外，本文報(bào)道的工作增加了碳-雜原子鍵的交叉復(fù)分解反應(yīng)的反應(yīng)類型。
