金屬-nitrene介入 C-H鍵的胺化反應從1980s就得到了有機化學家的廣泛關注。早期，該類反應歷程通常是nitrene 先同金屬結(jié)合形成金屬-nitrene中間體，然后再通過隨后的C-H鍵協(xié)同插入或氫原子轉(zhuǎn)移構建C-N鍵。由于金屬-nitrene活性較高以及C-H鍵鍵能差較小，該策略化學轉(zhuǎn)化率以及區(qū)域選擇性不是很理想（圖1a）。為了更好的控制金屬-nitrene提高反應實用性，另外一種前置C-H鍵金屬化、進一步與nitrene結(jié)合的策略應運而生（圖1b）。長此以來，香港理工大學余永耀（Wing-yiu Yu）課題組在該領域進行了較為深入的研究（J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 9048; J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 12862（圖1c）; J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 2849）。
圖1. 研究背景介紹
近期，受到南京大學朱少林教授課題組發(fā)展的NiH參與的chain-walking策略的啟發(fā)，余永耀（Wing-yiu Yu）課題組通過硫?qū)驅(qū)崿F(xiàn)了[Ni]-nitrene參與的惰性C(sp3)-H鍵的區(qū)域選擇性胺化反應。相關論文發(fā)表于J. Am. Chem. Soc.，該文的作者依次為香港理工大學杜炳南博士后，香港理工大學歐陽煜鑫，香港理工大學-南方科技大學聯(lián)合博士生陳奇姝。
圖2. 反應選擇性的配體控制
作者首先對底物適用范圍進行評估，如原文所示該反應表現(xiàn)出優(yōu)秀的底物兼容性。之后通過培養(yǎng)Ni-底物絡合物的單晶佐證了硫原子以配位的形式跟金屬[Ni]結(jié)合。通過分子內(nèi)導向競爭實驗，進一步說明硫原子具有較強引導[Ni]遷移的能力（詳情見原文及原文SI）。在反應的條件優(yōu)化階段作者發(fā)現(xiàn)通過配體調(diào)控，可以實現(xiàn)胺化反應的區(qū)域選擇性控制提供兩種產(chǎn)物，Markovnikov-products 和chain-walking products（圖2）。
圖3. L2調(diào)控的 Vmigration vs Vcross-coupling 實驗
圖4. L4調(diào)控的 Vmigration vs Vcross-coupling 實驗
不同配體下不同的區(qū)域選擇性，本質(zhì)上是反應歷程中遷移速率（Vmigration） vs 交叉偶聯(lián)速率（Vcross-coupling） 帶來的差異。作者通過控制dioxazolone及hydride源滴加速度分別用L2、L4對反應的選擇性變化進行了考察。他們認為L2傾向生成Markovnikov-products的原因是配體位阻較小，導致dioxazolone可以較快速配位[Ni]中心，從而帶來反應傾向于Curtin-Hammett平衡中不遷移路徑（圖3）。反之，配體L4傾向的chain-walking products原因是配體位阻較大，導致dioxazolone配位速度較硫引導的[Ni]遷移速度慢，反應傾向于Curtin-Hammett平衡中遷移路徑（圖4）。該兩組結(jié)果分別具有明顯的dioxazolone配位控制及硫引導[Ni]遷移控制動力學傾向。
圖5. L2、L4參與的Hammett plot實驗
為了進一步描述反應歷程以及配體L2、L4帶來的區(qū)域選擇性差異的原因，作者分別在L2、L4參與條件下對反應進行了Hammett plot實驗探究（圖5）。實驗結(jié)果表明：1）反應歷程中存在Ni-nitrene物種（L4作為配體時，有利于穩(wěn)定親電性metal-nitrene中間體的富電性dioxazolones反應速度更快）。2）由于配體位阻的差異，L2、L4參與的催化循環(huán)中determining-step并不相同。這進一步揭示了該體系能夠通過配體調(diào)控實現(xiàn)區(qū)域選擇性控制的內(nèi)在原理。
研究團隊簡介
Yu Wing-yiu（余永耀）左；香港理工大學應用生物及化學科技學系教授（Associate Head of Department)。研究方向是金屬有機絡合物（Metal-carbene、Metal-nitrene）介導的交叉偶聯(lián)反應研究。在國際知名期刊發(fā)表發(fā)表文章數(shù)>100篇, 被引次數(shù)>10000次，H-index = 55（更新于2021-09-15）。Email: wing-yiu.yu@polyu.edu.hk
https://www.x-mol.com/university/faculty/293708
Du Bingnan (杜炳南) 右；香港理工大學應用生物及化學科技學系博士后。2017年畢業(yè)于南京大學潘毅/韓建林課題組。研究方向是Ni-cat.及Ni-nitrene介導的交叉偶聯(lián)反應研究。在國際知名期刊以第一作者或共同通訊作者發(fā)表文章12篇，被引次數(shù)643次，H-index = 13（更新于2021-09-15）。Email:du.bn.du@polyu.edu.hk
歐陽煜鑫；2021年畢業(yè)于香港理工大學，目前在美國Scripps研究所Yu Jin-quan課題組攻讀博士學位。
陳奇姝；2019年畢業(yè)于南科大，目前在港理工Yu Wing-yiu及南科大Zhang Xumu課題組攻讀博士學位。
