中国科学院上海有机所，催化领域Science！

【导读】

众所周知，作为有机化学中最古老的反应之一，由铜介导的交叉偶联反应已经成为构建碳碳（C−C）和C−杂原子键的最有效的策略，且早期的研究主要集中在sp²杂化碳亲电试剂的偶联上。近年来，研究已经扩展到包括sp³杂化碳亲电试剂的中度偶联上。其中，由铜介导或铜催化的炔基化、烷基化、芳基化和胺化方面取得了很大进展，为进一步的官能团修饰提供了一种可替代的方式。同时，使用铜的烷基亲电试剂的交偶联反应已经被广泛应用，但对其中的反应机理的研究还较少，不像后来的钯催化剂那样被很好地理解。

【成果掠影】

在此，中国科学院上海有机化学研究所沈其龙研究员和薛小松研究员，美国加州大学伯克利分校John F.Hartwig教授等人（共同通讯作者）提出了一个适当的权衡反应性和稳定性的三氟甲基Cu(I)和Cu(III)复合物可以满足上述要求，以及提供一个机会来研究烷基卤化物的反应机制与Cu(I)形成稳定的Cu(I)产品。在此基础上，作者研究了烷基卤化物与三氟甲基Cu(I)配合物的反应。稳定的[Ph₄P]⁺[Cu(CF₃)₂]^-和[(bpy)Cu(CF₃)] (bpy，联吡啶）最初作为Cu(I)配合物，分别代表无配体的“酸”型Cu (I)配合物和中性联吡啶化Cu (I)配合物。这些配合物将使能够探索两种不同类型的Cu (I)配合物的反应性差异和氮配体对氧化加成过程的影响。作者选择α-卤代乙腈XCH₂CN作为烷基亲电性，其比其他烷基卤化物更具亲电性，减少了氧化添加到Cu (I)的能垒。此外，由于氰基的吸电子特性，[(ligand)Cu^III(CF₃)₂(CH₂CN)]配合物中C−C键形成还原消除的能垒足够高，可以直接观察到产物，并可能分离出来。结合计算和实验研究，对这些反应进行的机理研究表明，阴离子和中性配合物与相同的烷基卤化物发生不同的机理反应。

相关研究成果以“Oxidative addition of an alkyl halide to form a stable Cu(III) product”为题发表在Science上。

【核心创新点】

1.本文提出了一个适当的权衡反应性和稳定性的三氟甲基Cu(I)和Cu(III)复合物，来研究烷基卤化物的反应机制与Cu(I)形成稳定的Cu(I)产品；

2.结合计算和实验研究，对这些反应进行的机理研究表明，阴离子和中性配合物与相同的烷基卤化物发生不同的机理反应。

【数据概览】

图一、Cu介导的交叉偶联机制© 2023 AAAS

图二、Cu(I)配合物氧化加成© 2023 AAAS

图三、动力学分析© 2023 AAAS

图四、DFT计算© 2023 AAAS

【成果启示】

综上所述，本文报道了α-卤代乙腈对离子和中性Cu(I)配合物的氧化加成，机理研究表明离子和中性Cu(I)配合物的氧化加成通过两种不同的途径进行，S_N2型取代离子络合物和卤原子转移到中性络合物。同时，铜中间体固有的不稳定性，使得对这一基本步骤的研究很少。因此，本文中以C(sp³)−X键氧化加入Cu (I)的例子，可能有助于开发更有效的铜催化烷基亲电试剂交叉偶联反应

文献链接：“Oxidative addition of an alkyl halide to form a stable Cu(III) product”（Science，2023，10.1126/science.adg9232）

本文由材料人CYM编译供稿。