Org. Lett. | 可见光活化的镍硫复合物实现碳硫键偶联

• 阅读： 2023/6/26 9:53:14

  英文原题：Visible-Light-Activated Nickel Thiolates for C–S Couplings

  通讯作者：林禄清 (Luqing Lin)

  作者：王国华 (Guohua Wang)、高蕾(Lei Gao)、冯云会(Yunhui Feng)

  背景介绍

  硫醚片段结构广泛存在于药物分子，材料以及精细化工品中。硫醇与卤代烃的偶联是合成硫醚类化合物直接有效的方法。然而硫醇阴离子与金属配位能力强，它能够毒化催化剂使其失活。为了克服这样的难点，热反应往往需高温，大剂量的金属催化剂，或者专门设计的配体或催化剂实现碳硫键的直接偶联。近年来，镍光协同催化碳硫键构建由于其温和的反应条件极具吸引力，但是往往需要用到昂贵的光敏剂，不利于反应的推广。单一金属镍通过光照激发二价镍，产生活性的一价镍实现多样的碳杂键构建的方法，由于避免使用额外光敏剂得到越来越多人的关注，但是光促进镍(II)–硫键的均裂产生活性一价镍物种的方式构建碳硫键仍未见报道。

  文章亮点

  不需要额外的光敏剂，直接利用可见光均裂二价镍–硫键，产生一价镍活性物种，通过INi/IIINi自循环机制实现芳基溴代物和芳基碘代物与脂肪硫醇的偶联反应。

  图文解读

  图1. 芳基溴代物与硫醇的偶联反应底物范围

  经过条件筛选，优化之后，我们得到了最优的反应条件(图1)。该最优反应条件可以用于含不同官能团的芳基溴代物与苄基硫醇的偶联反应，也适用于复杂分子的芳基溴代物和克级规模的反应。这些反应都能够以很好的收率得到终产物(3a-3r)。接下来在考察硫醇的时候，发现一级烷基硫醇(3s, 3v, 3w)总体表现出很好的反应性，然而其中苄基硫醇(1t-1u)的对位为吸电子基的时候，反应性也变差。二级硫醇和三级硫醇不反应，而芳基硫醇(1x-1y)也很有局限性。

  图2. 芳基碘代物与硫醇的偶联反应底物范围

  随后，对芳基碘代物而言，最优条件只需要将溶剂变更为四氢呋喃。对其适用范围也进行了相应的考察，官能团耐受性表现同样出色，甚至包括含有末端炔基和醛的底物都能够于硫醇顺利偶联得到目标产物(3e,3f,3z, & 3aa-3ag)。对于芳基碘代物而言，适用的一级烷基硫醇更广，在溴代物中反应不好的底物都能够得到目标产物(3ai, 3aj)。(图2)

  图3. 自由基捕获实验和推测的机理

  最终，我们对机制进行了考察，根据已报道的文献和控制实验，我们提出了二价镍在体系中内源性形生成镍硫化合物，镍硫化合物经可见光激发，通过分子内的硫醇配体到镍的电子转移，产生硫自由基和活性的一价镍，最后通过NiI/NiIII的自循环体系得到目标产物(图3)。在体系中，我们往反应体系中加入TEMPO，发现反应完全被抑制。同时我们根据硫自由基能够实现烯烃的异构化反应，我们制备了含有E/Z=0.35/1的烯烃，在标准的反应条件下或者在没有丙烯酸乙酯添加剂的存在下，我们确实观测到烯烃的E/Z的比例发生了变化。根据这些实验，我们推测可能生成了硫自由基和生成了一价活性镍物种。再结合反应的量子收率大于1，对照实验中发现零价镍不能够参与反应，推断体系中存在的NiI/NiIII自循环反应。由于光暗反应表明，体系一直需要光照才能顺利进行，因此体系中硫自由基有可能与产生的一价镍可以再次结合生成二价镍。

  总结与展望

  林禄清课题组发展了一种可见光促进的镍催化的碳硫键的偶联反应，底物适用广泛，不同的官能团都能够耐受。文中首次报道了镍硫键可以在可见光的作用下发生均裂反应，这个种反应历程是能够实现碳硫键的偶联反应的关键所在。目前该课题组实现了单一金属镍催化的C(sp2)-O, C(sp2)-N, C(sp2)-X, C(sp2)-P, C(sp2)-S键的构建，然而镍催化的C(sp3)-杂原子偶联反应仍有待开发。

  通讯作者信息

  林禄清 大连理工大学

  2019年加入大连理工大学，独立建组从事基础科研教学工作，同年入选辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才。目前课题组主要集中于金属催化，光催化的碳杂键偶联反应。

  课题组主页：

  https://www.x-mol.com/groups/lin_luqing

  转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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