镍钳形配合物在醇脱氢偶联催化中的应用：小型综述

《Inorganic Chemistry Communications》：Nickel pincer complexes: applications in catalysis via dehydrogenative coupling of alcohols: a mini review

　　

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  综述了钳形配体及其配合物的催化性能。
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  讨论了醇的无受体脱氢偶联（ADC）和借氢（BH）反应机理。
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  总结了镍钳形及类钳形配合物辅助的各种有机合成反应，包括杂环化合物的合成。
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  概述了催化反应条件及其优势。

引言

杂环化合物存在于大多数不同类别的有机化合物中[1]。杂环衍生物通常存在于药物、生物碱、天然产物和农用化学品的核心结构骨架中[2]。杂环化合物中的氮、氧和硫杂原子在许多生物过程中发挥重要作用，也被用作治疗药物[3]。此外，它们在药物发现过程中也扮演着重要角色[4]。多种杂环化合物，如苯并唑类、嘌呤类、嘧啶类、喹唑啉类、喹唑啉酮类、萘啶类、吡唑类、苯并噻二嗪类，以及通过C–X（X = C, N, O, S）偶联的有机化合物，在生物活性药物分子中发挥重要作用[5], [6], [7]。此外，这些化合物在材料化学中，如有机发光二极管（OLEDs）、染料、聚合物、半导体等领域也起着至关重要的作用[8], [9]。同时，简单和复杂有机分子的非杂环化合物在药物化学和材料化学中同样具有重要意义[10]。由于它们是现代科学中的重要化合物，这些化合物的构建一直是合成有机化学中的新兴领域。在此背景下，本综述阐述了醇的脱氢偶联策略如何在温和条件下，利用地球丰产的镍钳形配合物实现有价值的有机产物的可持续合成（图1）。

近年来，已开发出多种创新方法来合成各种杂环化合物和烷基化产物，这些方法使用各种均相和多相催化剂。通常，C–X偶联反应（X = O, N, S）是必要的，并构成了有机合成的骨架[11]。传统方法涉及末端炔烃与芳基或乙烯基卤化物之间的C–C键形成反应[12]。C–N和C–O偶联反应分别由胺与有机卤化物（如溴化物或碘化物）以及酚与有机卤化物发生[13]。然而，这些方法大多依赖于昂贵的起始原料、过量产生毒性废物的试剂、有限的原料来源、苛刻的反应条件、强氧化剂以及多步程序，包括严格的官能团保护/脱保护过程。因此，用另一种高效策略替代传统方法，可以在很大程度上克服这些缺点。开发用于开创性有机合成的非贵金属催化剂，是可持续合成重要药物精细化学品的关键技术。在此背景下，近几十年来已有大量研究致力于开发新的、适应性强且有效的杂环合成方法，通过交叉偶联反应实现。过渡金属催化在有机合成中表现出优异的反应活性，因为它们能够参与多个基元步骤，如还原消除、转金属化、氧化加成、迁移插入和β-氢消除[14], [15]。值得注意的是，昂贵金属催化剂的去除是苛刻的，且通常需要特殊处理，导致产生大量废物。

通过实施创新和问题解决技术，环境友好的偶联反应方法学不断扩展。近年来，过渡金属介导的无受体脱氢偶联（ADC）和氢自动转移（HAT）或借氢（BH）方法在合成有机化学领域受到广泛关注[16]。根据最新报道，偶联反应仍在发展并变得更加创新，因为它们通过ADC或BH方案，借助过渡金属催化剂合成复杂的有机分子/杂环化合物[17], [18]。此外，通过醇脱氢偶联反应可达成的这些有机转化已被证明是高效的过程[19]。而且，醇是廉价、丰富且环境友好的起始原料，被用作使用金属催化剂制造许多精细化学品的关键前体[20]。脱氢偶联反应非常重要，因为它们具有多功能性，能够利用醇等易得的起始原料进行有机合成，而无需预功能化的底物、还原剂或外部氢气[21]。值得注意的是，ADC和BH方法不需要任何传统氧化剂或牺牲性受体[22]。传统脱氢反应使用氧化剂/添加剂、助催化剂，并最终产生有毒废物。与传统方法相比，无受体脱氢方案是有机合成的更可靠替代技术[23]。

ADC策略在近期的趋势中获得了重要地位，因为醇是一种更绿色、高度丰富的起始原料。它们被认为具有高原子经济性，因为只产生水和氢气作为副产物，避免了对预功能化起始原料的需求，减少了废物，并释放出环境友好的H₂O/H₂作为副产物[24]。（方案1）。这使得它们成为关键的绿色化学方法，能够合成有价值的化学结构，如杂环化合物和药物。

同样，“借氢”（BH）或“氢自动转移”（HAT）方案在化学合成中受到了广泛关注[25]。BH发生的机理涉及醇脱氢生成相应的羰基化合物，随后一个质子和一个氢化物转移到过渡金属催化剂上[26]。随后，羰基化合物与亲核试剂缩合生成水和一种不饱和化合物，该不饱和化合物通过储存的金属氢化物和质子的转移，在再生的催化剂作用下，连续还原得到饱和产物[27]（方案2）。因此，ADC/BH方法的几个优点包括：（a）使用原料化学品，（b）高原子经济性，（c）无需底物预活化，以及（d）仅产生H₂O/H₂作为副产物。

众所周知，过渡金属配合物已被用作各种有机合成的高效催化剂[28]。特别是，第一过渡系金属如Mn、Fe、Co和Ni，由于其低成本、低毒性和自然界丰富，是贵金属催化剂的合适替代品。具体而言，从药物化合物中去除贵金属催化剂是困难的，且通常需要特殊处理，导致大量废物[29]。值得注意的是，镍催化剂近年来在合成化学中获得了重要地位，其应用范围从复杂分子的合成到药物发现[30]。这是因为它们比同类催化剂（如钯催化剂）更可持续，并且具有独特的氧化还原特性[31]。特别是，镍配合物因其在交叉偶联反应中的独特性能，尤其是在构建稠合N-杂环方面，而受到了广泛关注和赞赏[32], [33]。

章节片段

钳形配体及其配合物

通常，所谓的钳形配合物由三齿配体组成，近年来因其优异的稳定性和反应活性而受到欢迎[34]。钳形配体是通过子午线（mer）方式主要以三齿配位模式与金属配位的配体。它们结合在金属中心的侧翼共平面位点上，从而通过金属或配体修饰来影响稳定性、选择性和反应活性。轻微的结构修饰就能观察到显著效果。

镍钳形（类）配合物的催化应用

2017年，Tianyou Peng及其研究团队报道了Ni(II)钳形配合物辅助的羧酸衍生物合成，通过醇的无受体脱氢生成羧酸[51]。基于吡啶的Ni(II)N'NN′配合物由2,6-双（二乙氨基甲基）吡啶配体合成。该Ni(II)配合物对伯醇转化为羧酸和释放H₂表现出最佳的催化反应活性。总的来说，这项工作提供了新型镍钳形配合物的设计，并

结论与未来展望

N-杂环和复杂有机化合物是最重要的分子类别之一，因为它们在各个领域（包括工业和药理学）具有巨大的适用性。已描述了镍催化的脱氢偶联反应在合成复杂有机分子/ N-杂环方面的显著进展，这些反应使用了各种镍前体和配体体系，在不同的反应条件下进行。所述催化反应在

CRediT作者贡献声明

Anandaraj Pennamuthiriyan：写作 – 初稿，方法学，概念化。 Rajeswari Balakrishnan：验证。 Saranya Sundar：调查。 Ramesh Rengan：写作 – 审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明，他们已知的没有可能影响本文报告工作的竞争经济利益或个人关系。

Anandaraj Pennamuthiriyan 目前担任印度泰米尔纳德邦蒂鲁奇拉帕利K. Ramakrishnan工程学院化学系助理教授。他于2024年在印度泰米尔纳德邦蒂鲁奇拉帕利的Bharathidasan大学获得博士学位。他的研究涉及有机金属化学和催化。他在2024-2025学年获得了K. Ramakrishnan工程学院的最佳教师奖。

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