過(guò)渡金屬催化的交叉偶聯(lián)在學(xué)術(shù)和工業(yè)環(huán)境中都有廣泛的應(yīng)用。一直以來(lái)，在形成C-C鍵的反應(yīng)方面取得了重大進(jìn)展。C-Si偶聯(lián)雖然也已實(shí)現(xiàn)，但發(fā)展依然緩慢。鍺是第三種元素，電負(fù)性和半徑與硅相似，與碳不同。迄今為止，氯鍺烷的親電交叉偶聯(lián)形成C-Ge鍵這種化學(xué)反應(yīng)仍未得到探索。鑒于最近發(fā)現(xiàn)氯鍺烷可以氧化加成到富含電子的鉑絡(luò)合物上，作者便設(shè)計(jì)通過(guò)廉價(jià)金屬催化來(lái)實(shí)現(xiàn)C-Ge鍵的交叉偶聯(lián)。
近日，蘭州大學(xué)舒興中教授報(bào)道了首例鎳催化條件下碳親電子試劑與R3Ge-Cl的偶聯(lián)反應(yīng)，為高價(jià)值有機(jī)鍺的合成提供了新的思路。
條件篩選：作者開(kāi)始研究芳基三氟甲磺酸酯 1a與氯鍺烷 2a的交叉偶聯(lián)反應(yīng)。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，作者發(fā)現(xiàn)在DMF中NiCl2、tBu-terpy和Mn的組合給出了最好的結(jié)果，反應(yīng)以97%的分離產(chǎn)率得到了3a。
底物拓展：在優(yōu)化條件下，作者研究了反應(yīng)的范圍。一系列芳基三氟甲磺酸酯都具有較好的反應(yīng)性，可以以良好的收率得到所需的產(chǎn)物。反應(yīng)效率受空間位阻的影響，這可以通過(guò)使用Ar-Br作為偶聯(lián)試劑來(lái)解決。值得注意的是，各種雜芳基底物以及格氏敏感基團(tuán)都能兼容。同時(shí)，該方法耐受傳統(tǒng)的交叉偶聯(lián)試劑，包括硼，錫和硅等官能團(tuán)。
當(dāng)使用烯基親電試劑時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率較低。這種限制可以通過(guò)將配體更改為MeO2C-terpy來(lái)解決。因此，該方法為鏈烯基鍺烷的合成提供了一種新的方法。
隨后作者考察了R3Ge-Cl的范圍。結(jié)果表示：更長(zhǎng)的烷基取代的氯鍺烷是可以耐受的。反應(yīng)似乎對(duì)位阻取代基敏感（3a vs 3aj）。一個(gè)或兩個(gè)苯基的存在是可以兼容的，但Ph3GeCl沒(méi)有得到任何所需的產(chǎn)物。烯基氯鍺烷反應(yīng)得到78%的收率。一級(jí)，二級(jí)氯鍺烷沒(méi)有得到產(chǎn)物。
合成應(yīng)用：如圖所示，在作者優(yōu)化的條件下，可以將鍺成功的安裝到生物活性分子中，這為藥物發(fā)現(xiàn)提供了一條創(chuàng)新途徑。其次，作者發(fā)現(xiàn)在鈀催化下，Ar-GeMe3 很容易與芳基碘進(jìn)行交叉偶聯(lián)反應(yīng)。該反應(yīng)對(duì)Ar-Ge具有高度化學(xué)選擇性。在溴化反應(yīng)和金催化的交叉偶聯(lián)中也觀察到相同的選擇性。
機(jī)理研究：Ni(0)與芳基三氟甲磺酸酯1f和氯鍺烷2f的化學(xué)計(jì)量反應(yīng)表明，大部分Ni(0)在24小時(shí)后被芳基三氟甲磺酸酯消耗，表明Ni(0)首先與芳基三氟甲磺酸酯反應(yīng)，然后與氯鍺烷偶聯(lián)。隨后作者制備了Ar-Ni(II)Br，它與2a的反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物，該結(jié)果與預(yù)期一致。此外，Ar-Ni(II)Br與2a的反應(yīng)以68%的產(chǎn)率（含Mn）和0%的產(chǎn)率（不含Mn）得到3g表明Ar-Ni(II)Br 被還原為Ar-Ni(I)與Ge-Cl反應(yīng)。
為了了解該反應(yīng)是否涉及自由基過(guò)程，作者進(jìn)行了一系列對(duì)照實(shí)驗(yàn)。(1) 在邁克爾受體存在下，反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生任何自由基捕獲副產(chǎn)物。(2)環(huán)丙烷基底物2m的反應(yīng)以62%的產(chǎn)率得到了偶聯(lián)產(chǎn)物23，沒(méi)有觀察到任何開(kāi)環(huán)副產(chǎn)物。這些結(jié)果表明R3Ge-Cl不是通過(guò)自由基過(guò)程激活的。
基于上述結(jié)果作者提出了一種催化循環(huán)，Ar–X氧化加成到Ni(0)，然后用Mn還原，得到親核Ar–Ni(I)。它與R3Ge-Cl的反應(yīng)可以得到C，其經(jīng)過(guò)還原消除得到所需的產(chǎn)物3。
總結(jié)：舒興中教授發(fā)展了一種鎳催化芳基/烯基親電試劑與氯鍺烷的還原偶聯(lián)反應(yīng)。該反應(yīng)在溫和條件下進(jìn)行，合成了具有高分子多樣性的有機(jī)鍺烷。最后，作者表示他們實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)一步擴(kuò)展C-Ge的偶聯(lián)反應(yīng)。
參考文獻(xiàn)：10.1002/anie.202112876
