Nature Catalysis: 基于铑催化的非应变芳基-芳基键活化的分裂交叉偶联策略

第一作者：Congjun Yu

通讯作者：Guangbin Dong

通讯单位：芝加哥大学

成果速览

本研究报道了一种基于铑催化的非应变芳基-芳基键的分裂交叉偶联（SXC）策略，该策略允许通过断裂常见的2,2′-联苯酚的非应变芳基-芳基键，并与多种芳基碘化物进行两重芳基化反应。

该反应由铑复合物催化，并由可移除的磷酸酯导向基团和有机还原剂如四甲基氨基乙炔（TDAE）促进。

实验和计算机理研究揭示了一个由路易斯酸共催化剂加速的周转限制的还原消除步骤。该偶联方法在非对称2,6-二芳基化酚的模块化和简化合成以及苯基单元的骨架插入中得到了应用。

图文导读

图1：展示了从非应变芳基-芳基键的激活到SXC的过程。

图2：SXC反应的底物范围。

图3：机理研究。

图4：非对称2,6-二芳基化酚的合成。

图5：通过切割和缝合转化将苯基单元插入2,2′-联苯酚。

亮点介绍

1. 本研究开发了一种新颖的分裂交叉偶联（SXC）反应，该反应基于铑催化的非应变芳基-芳基键的活化，为合成二芳基结构提供了一种创新的方法。

2. 与传统的交叉偶联反应相比，SXC提供了一种概念上不同的方法，可以从易得的二聚体底物中生成双倍的二芳基产物。

3. 通过整合C-H活化，该策略允许高效地合成非对称邻位二芳基化酚，这些化合物在传统方法中难以合成。

4. 该研究还实现了一种独特的骨架编辑方法，通过插入苯基单元来编辑惰性的芳基-芳基键。

5. 通过实验和计算相结合的方法，研究者们揭示了反应的机理，特别是路易斯酸添加剂的作用，这对于开发其他生产性的C-C活化反应具有重要意义。

计算模拟

在论文中，研究者们通过计算模拟来深入理解反应的机理。特别是，他们采用了密度泛函理论（DFT）计算来探究分裂交叉偶联（SXC）反应的详细步骤和能量变化。

首先，研究者们通过DFT计算分析了铑催化剂在反应中的作用。他们发现，铑催化剂与底物的相互作用能导致铑单体的形成，这是反应的起始步骤。接着，通过与芳基碘化物的氧化加成反应，形成了铑(III)二卤化物中间体。研究者们进一步探讨了通过过量的TDAE还原该中间体，生成铑(I)物种的过程。

研究者们还研究了在没有路易斯酸的情况下，C-C还原消除步骤的能垒较高。通过计算，他们发现加入路易斯酸（例如InI3）可以显著降低过渡态的立体位阻，从而降低了还原消除步骤的能垒。

此外，研究者们通过计算模拟确定了反应的动力学轮廓。他们发现，反应的初始速率与铑催化剂的浓度呈一阶依赖关系，而与芳基碘化物的浓度呈零阶依赖关系。这表明氧化加成到C-I键的步骤并不涉及周转限制步骤。此外，他们还观察到路易斯酸的浓度对反应速率有正向影响，这与添加剂在降低C-C还原消除步骤能垒中的关键作用一致。

通过这些计算模拟，研究者们不仅揭示了SXC反应的可能机理，还为设计更有效的催化系统提供了理论基础。这些计算结果对于理解和改进基于铑催化的交叉偶联反应具有重要的科学意义。

文献信息

Congjun Yu, Zining Zhang & Guangbin Dong. Split cross-coupling via Rh-catalysed activation of unstrained aryl–aryl bonds. Nature Catalysis.