Angew：配体促进金催化有机卤化物的氰化反应

导读

近日，博帕尔印度科学教育与研究学院Nitin T. Patil与印度耆那大学(Jain (Deemed-to-be University))的Manoj V. Mane课题组利用配体促进Au(I)/Au(III)氧化还原催化策略，首次实现了金催化的C(sp2)-CN交叉偶联反应。这种转化利用丙酮氰醇作为亲核氰源，将简单的芳基和烯基碘化物转化为相应的腈。实验和计算相结合的研究强调了阳离子银盐在活化稳定的(P,N)-AuCN配合物以实现芳基碘化物氧化加成，从而产生关键的芳基-Au(III)氰化物配合物方面的关键作用。文章链接DOI：10.1002/anie.202412682

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

正文

在过去的二十年里，Au(I)/Au(III)氧化还原催化已成为开发各种交叉偶联反应的最先进技术（Scheme 1a）。然而，与Pd、Ni、Cu等其他过渡金属不同，由于Au(I)/Au(III)的高氧化电位，金氧化还原催化不是一个简单的过程。因此，强氧化剂、光催化剂、或电促进的方法已实现了各种芳基-芳基、芳基-烷基、芳基-炔基和炔基-炔基偶联反应（Scheme 1a）。近年来，配体促进的金氧化还原催化引起了相当大的关注。基于这种方法，诸多研究团队已经报道了多种C-C、C-N、C-O和C-S/Se交叉偶联反应。同时，化学家们还开发了一些新型的半不稳定(P,N)-和(C,N)-配体，进一步推动了金氧化还原催化体系的进展。尽管金氧化还原催化取得了重大进展，但目前还没有关于金催化的C(sp 2 )–CN交叉偶联反应的报道。这主要可能是由于氰化物配体在金配合物上的强结合亲和力，抑制它们的催化活性。此外，已知氰化金(I)配合物（L-Au(I)-CN）会经历配体重排，产生[Au(CN) 2 ] − 和[(L-Au-L) + ]配合物。这种金(I)配合物通常非常稳定，催化活性有限。2020年，Nevado课题组（ Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59 , 17881.）研究发现，二氰基芳基金(III)配合物上的C(sp 2 )-CN还原消除具有很高的挑战性，并且仅在高温下发生（Scheme 1b，eq. 1）。同时，IBX-CN试剂既是氧化剂又是氰源，其使用主要会从芳基-膦金(I)配合物中产生不希望的联芳基副产物（Scheme 1b，eq. 2）。最近，Nevado（ Angew. Chem. Int. Ed .2021, 60 , 4164.）和Bourissou课题组（ J. Am. Chem. Soc .2024, 146 , 11352.）分别采用TMSCN对(P,N)-连接的芳基-Au(III)氟化物配合物上的氰化物交换和还原消除进行了研究（Scheme 1b，eq. 3-4）。尽管还原消除步骤能够合成芳基腈，但形成无活性的(P,N)-连接的Au(I)氰化物配合物对以催化方式实现此类反应则具有挑战。近日，Nitin T. Patil与Manoj V. Mane团队利用配体促进Au(I)/Au(III)氧化还原催化策略，首次实现了金催化的C(sp 2 )-CN交叉偶联反应（Scheme 1c）。其中，惰性的(P,N)-AuCN配合物（I）可以被阳离子银盐活化，这可以促进与碘芳烃的氧化加成反应，生成芳基-Au(III)-碘化物（III）。然后，中间体III将进行氰化物交换，形成关键的芳基- Au(III)-氰化物（IV），其经还原消除后，生成芳基腈产物。 化学加——科学家创业合伙人，欢迎下载化学加APP关注。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

首先，作者以4-碘苯甲醚1a与丙酮氰醇（ACH，氰源）作为模型底物，进行了相关反应条件的筛选（Table 1）。当以MeDalPhosAuC（10 mol %）作为催化剂，AgSbF6（2.0 equiv）作为添加剂，Li2CO3（1.5 equiv）作为碱，在DCE溶剂中80 oC反应12 h，可以99%的收率得到产物3a。

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在获得上述最佳反应条件后，作者对底物范围进行了扩展（Scheme 2）。首先，不同电性取代的芳基碘化物，均可顺利反应，获得相应的产物3a-3o，收率为45-99%。其中，二碘苯底物可选择性进行单官能团化反应，如3o。其次，一系列二取代或三取代芳基碘化物，也与体系兼容，获得相应的产物3p-3w，收率为50-98%。同时，2-碘萘、6-碘-2,3-二氢苯并[b][1,4]二噁英、5-碘苯并[d][1,3]二噁英和咔唑衍生物，也是合适的底物，获得相应的产物3x-3z和3aa-3ad，收率为45-99%。值得注意的是，该策略还可用于天然产物（如(+)-薄荷醇和α-生育酚的后期衍生化，获得相应的产物3ae（收率为48%）和3af（收率为52%）。此外，一系列不同取代的烯基碘化物，也能够顺利进行反应，获得相应的产物3x-3z和4a-4n，收率为53-99%。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

最后，作者对反应的机理进行了研究（Scheme 3）。1a与MeDalPhosAuCl配合物的化学计量实验（eq. 1）结果表明，碱的存在对于防止金催化剂因其半不稳定氮中心被原位生成的质子质子化而失活至关重要。同时，AgCN还可以促进与MeDalPhosAuCl的氰化物交换（eq. 2）。1a与MeDalPhosAuCN配合物的化学计量实验（eq. 3）结果表明，添加AgSbF6会活化MeDalPhosAuCN，使其与1a发生氧化加成反应，生成芳基-Au(III)-碘配合物A。催化实验（eq. 4和eq. 5）结果表明，AgSbF6促进了催化惰性MeDalPhosAuCN配合物的活化。同时，AgCN也可作为氰源。1a与ACH的MS研究结果（eq. 6）发现，反应形成了关键中间体芳基- Au(III)-碘化物（A）和芳基-Au(III)-氰化物（B）配合物。

为了更深入地了解C(sp2)-CN交叉偶联反应过程，作者还进行了相关的DFT计算。首先，MeDalPhos-AuCN配合物（IM1）在AgSbF6促进下与芳基碘（1a）进行配体交换，生成配合物IM2。配合物IM2通过三元过渡态TS2进行氧化加成，生成配合物IM3。随后，IM3与AgSbF6反应形成略微不稳定的阳离子配合物IM4。当体系中加入ACH与碱时，配合物IM4可进一步转化为配合物IM5。最后，反应通过过渡态TS5进行还原消除，生成配合物IM6。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

总结

Nitin T. Patil与Manoj V. Mane团队首次报道了一种金催化芳基/烯基碘化物与丙酮氰醇（氰源）的C(sp 2 )–CN交叉偶联反应。与其他芳基卤化物相比，该反应对C(sp 2 )–I键显示出优异的化学选择性，可以有效地合成芳基和乙烯基腈。实验和计算研究揭示了阳离子银添加剂在促进惰性(P,N)-Au-CN配合物与芳基碘化物的氰化物交换中的关键作用，从而在Au(I)中心实现了关键的氧化加成步骤。此外，化学计量实验实现了(P,N)-配位的氰化物桥联双核金(I)配合物的分离，并通过X-射线晶体学进行了分析。在金氧化还原催化下成功实现这一具有挑战性的转化将为研究和探索各种基于氰化的新型转化提供许多机会。

文献详情：

Ligand-Enabled Gold-Catalyzed Cyanation of Organohalides.

Anil Kumar, Nandita Bhattacharya, Manoj Vasisht Mane, Nitin T. Patil*.

Angew. Chem. Int. Ed.2024

https://doi.org/10.1002/anie.202412682

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