新型镍催化剂拓展芳基溴化物偶联化学

一种重新设计的镍催化策略拓展了可与含杂原子反应伙伴偶联的芳基溴化物范围，同时大幅减少了所需的金属催化剂用量。该研究发表于《Nature Catalysis》，将专门设计的配体、非亲核性碱和可见光结合起来，在反应条件下活化镍。

该方法可将富电子芳基溴化物与以氮、氧、硫和磷为基础的亲核体连接起来。镍的用量最低可达百万分之100，研究人员报告称，即使亲核体带有显著的空间位阻，该方法仍然有效。这一化学方法还已在克级规模上得到验证，并用于复杂分子的后期修饰。

这些键为何重要

碳–杂原子键反复出现在为实际应用而制备的化合物中。它们对于药物、农用化学品和材料的制备都很重要，因此，高效构建这类键是合成化学的核心目标之一。

一种成熟的路线依赖钯催化剂。这些体系在催化循环中会在不同的钯氧化态之间转换，但其性能很大程度上取决于与金属相连的配体。配体必须帮助处理两个相互竞争的阶段：氧化加成，即催化剂与芳基卤化物发生作用；以及还原消除，即形成新的碳–杂原子键。

平衡这些步骤通常意味着要针对所涉及的特定底物调整配体。因此，一种对某一偶联反应效果良好的催化剂组合，在反应伙伴发生变化时可能还需要进一步优化。这种对底物进行特异性调节的需求，是基于钯的方法存在的一项局限。

镍的潜力与障碍

镍提供了另一条途径，其催化循环涉及Ni(I)和Ni(III)。在这一框架下，成键过程本身具有有利条件，使镍相较于最终偶联步骤更难促成的体系具备潜在优势。

然而，这一优势本身并没有解决Ni(I)/Ni(III)催化的实际问题。早期方法难以高效进行氧化加成。这一弱点限制了可参与反应的芳基卤化物范围，尤其限制了该方法对不同电子类型底物的适用性。这也意味着需要相对较高的催化剂浓度。

这项新研究针对的是这一瓶颈，而不是仅仅依赖有利于最终成键步骤的条件。研究人员以反应机理为指导设计配体，旨在提高镍的氧化加成反应活性。据《Nature Catalysis》报道，这一改变将该化学方法拓展至富电子芳基溴化物；在此前的Ni(I)/Ni(III)方法中，这类偶联伙伴曾受到相关局限的限制。

光辅助的催化剂活化

该配体与一种不充当亲核体的碱添加剂配合使用。在所报道的体系中，可见光有助于直接从在普通实验台条件下稳定的镍(II)预催化剂生成Ni(I)。这为反应提供了实用的起始物，同时仍能生成催化过程所需的镍氧化态。

这一组合之所以重要，是因为两部分分别应对不同的要求。配体提高了催化剂通过氧化加成进入催化循环的能力，而光和碱体系则提供了一条从稳定的镍(II)前体直接生成活性Ni(I)的途径。二者结合后，反应得以在极少量镍的条件下进行。

研究展示的反应范围包括四类杂原子亲核体：含氮、含氧、含硫和含磷的反应伙伴。报告中对空间位阻较大的亲核体表现出的耐受性表明，该方法并不局限于特别小或位阻较低的反应组分。在克级合成中的表现进一步说明，这一方法并非只能用于小规模分析实验。

后期官能团化又增添了另一项实用价值。这一策略可以在合成接近完成时修饰复杂分子，而不必在更早阶段就安装所需的含杂原子基团。最终形成的是一个镍催化平台：它兼具更广泛的芳基溴化物反应活性、极低的催化剂用量，以及多种构建碳–杂原子键的途径。