镍催化未活化芳基卤化物Kumada-Tamao-Corriu偶联中IPr*及其类似物的芳环诱导预催化剂活化与稳定机制研究

本研究针对未活化芳基卤化物在KTC偶联中反应效率低的难题，通过设计新型NHC配体IPr*Ani，揭示了芳环弱配位对Ni(0)预催化剂活化/稳定的关键作用。理论计算表明IPr*Ani的p-甲氧基修饰可增强芳基-Ni(0)配位，实验证实其催化性能优于经典IPr*，为惰性键活化提供了新策略。

　　

在过渡金属催化领域，如何高效活化惰性的C-Cl键一直是重大挑战。传统Kumada-Tamao-Corriu（KTC）偶联反应对未活化芳基氯化物的催化效率往往不尽如人意，这主要源于两个瓶颈：一是预催化剂活化能垒过高，二是活性Ni(0)中间体容易失活。针对这一难题，研究人员开展了一项突破性研究，其成果发表在《Organometallics》上。

研究团队从空间位阻N-杂环卡宾（NHC）配体设计入手，系统比较了IPr、SIPr、IPent和IPr等大位阻配体的性能差异。通过理论计算与实验验证相结合，首次发现IPr配体上高度富集的芳基取代基可通过弱配位作用（arene coordination）实现"一箭双雕"——既能降低预催化剂活化能垒，又能稳定活性Ni(0)中间体。这种独特的芳环诱导机制为理解NHC配体的多功能性提供了新视角。

关键技术方法包括：1）设计合成新型NHC配体IPr*^Ani，在其八个苯基取代基上引入p-甲氧基修饰；2）采用DFT计算分析配体-金属相互作用能；3）通过对比实验评估不同NHC-Ni(II)配合物对未活化芳基氯化物的催化效率。

芳环配位效应理论验证
DFT计算显示IPr的邻位芳基与Ni(0)中心存在弱相互作用（键距3.0-3.5 ?），这种非经典配位模式使预催化剂活化能降低约5 kcal/mol。特别值得注意的是，IPr^Ani的甲氧基修饰使芳基-Ni(0)结合能进一步提升12%，这为设计高活性催化剂提供了量化依据。

配体结构-性能关系研究
催化实验数据表明，在相同反应条件下，IPr*^Ani-Ni体系对4-氯甲苯的转化率可达92%，而传统IPr-Ni体系仅获得43%产率。控制实验证实甲氧基的给电子效应显著加速了氧化加成步骤，其TOF值比IPr*提高1.8倍。

反应机理阐释
通过捕获反应中间体，研究者提出了"芳环辅助活化"机理：IPr*^Ani的甲氧基芳基首先与Ni(0)配位形成π络合物，随后芳基氯代物通过协同转移机制完成氧化加成，整个过程能垒比经典IPr体系降低34%。

这项研究不仅开发出性能优异的IPr*^Ani配体，更建立了"芳环弱配位-预催化剂活化"的普适性设计原则。其重要意义体现在三方面：1）为惰性C-Cl键活化提供了新策略；2）拓展了NHC配体的功能多样性认知；3）发展的DFT计算方法可指导其他过渡金属催化体系设计。该成果对医药中间体合成、高分子材料制备等领域具有重要应用价值。