镍介导的C(sp2)?O键断裂：由乙烯基醚偶联或乙烯基醚与乙醛交叉偶联生成酯

《Inorganica Chimica Acta》：Nickel-mediated C(sp2)???O bond cleavage: Esters from the coupling of vinyl ethers or the cross-coupling of vinyl ethers with acetaldehyde

　　

配合物(Cy₃P)Ni(η⁶-PhMe)和[(Cy₃P)₂Ni]₂(μ-N₂)被用于研究镍介导的C(sp²)?O键断裂。意外地，H₂C=CHOEt与[(Cy₃P)₂Ni]₂(μ-N₂)的混合物在加热时发生化学计量反应，生成酯MeCO₂Et和(Cy₃P)₂Ni(η²-C₂H₄)。该反应的扩展使醛与乙烯基醚的交叉偶联生成酯成为可能。乙烯基加合物(Cy₃P)₂Ni(η²-H₂C=CHOR)(R=tBu、Cy、SiMe₃)被分离并充分表征。其他可能的中间体，如(Cy₃P)Ni(η²-O=CHMe)(η²-tBuOCH=CH₂)，通过核磁共振波谱进行了暂定归属。研究人员使用密度泛函理论计算评估所提出的反应路径的合理性。这项工作为开发新型选择性脂肪族酯合成方法奠定了基础，并深入认识了镍可及的C(sp²)?O键断裂机制。

论文解读

在过去的几十年中，醚类作为交叉偶联反应中的亲电底物日益受到关注，因为它们较传统卤化物具有更低的毒性和成本，有望成为有机合成与药物合成中的优选砌块。然而，C(sp²)?O键的活化难度远高于碳?卤键，这迫切需要新型催化体系。镍配合物在该类活化中占据主导地位，但简单醚的低反应活性C(sp²)?O键功能化仍主要依赖镍催化剂，且对其机理的认识尚不充分。此外，烯基醚作为底物的镍催化交叉偶联报道极少，相关机理研究几乎空白。为此，研究人员利用课题组发展的(Cy₃P)Ni(η⁶-PhMe)与已知的双氮配合物[(Cy₃P)₂Ni]₂(μ-N₂)，考察镍对烯基醚C(sp²)?O键活化的机理细节。该研究发表于《Inorganica Chimica Acta》。

研究人员首先尝试了苯甲醚等低活性底物，但仅观察到缓慢分解或生成稳定的η⁶-配合物。转而研究烯基醚时，意外发现H₂C=CHOEt与[(Cy₃P)₂Ni]₂(μ-N₂)在80?°C加热12小时后，几乎定量生成酯MeCO₂Et和已知乙烯配合物(Cy₃P)₂Ni(η²-C₂H₄)。通过改变烷基取代基（nPr、nBu）证明产物酯中的全部碳原子均来自乙烯基醚的烷氧基部分。研究人员进一步排除了该反应经由镍催化Tishchenko偶联的可能性：直接以[(Cy₃P)₂Ni]₂(μ-N₂)与乙醛反应并未生成酯。然而，以CyOCH=CH₂为底物时，加热可生成环己酮和(Cy₃P)₂Ni(η²-C₂H₄)，证明C(sp²)?O键氧化加成后发生β-H消除生成醛/酮的路径在该体系中可行。进一步研究发现，将乙烯基醚与乙醛在配合物1存在下加热，可发生交叉偶联生成单一酯产物，且当使用CyOCH=CH₂时，未观察到环己酮副产物，说明醛与乙烯基醚的反应比乙烯基醚自身的C?O活化更快。

研究人员分离并表征了三个乙烯基醚加合物(Cy₃P)₂Ni(η²-H₂C=CHOR)(3a: R=tBu; 3b: R=Cy; 3c: R=SiMe₃)，均为亮黄色粉末，收率分别为84%、77%、65%。单晶X射线衍射显示3a中镍中心为三配位平面几何，η²-配位的C=C和C?O键长较游离乙烯基醚明显增长，表明镍向烯烃的π反馈作用。变温³¹P{¹H} NMR显示3a在室温为单一共振峰，低温下发生去 coalescence，表现为二阶AB双峰，说明存在绕镍?烯键的低旋转能垒。将3a与乙醛在室温混合，立即生成已知配合物(Cy₃P)₂Ni(η²-O=CHMe)(4)，并随反应彻底转化。当使用单膦源(Cy₃P)Ni(η⁶-PhMe)与等量tBuOCH=CH₂和乙醛反应时，除4外还观察到新的单膦物种5(δ?38.2)，暂定为(Cy₃P)Ni(η²-O=CHMe)(η²-tBuOCH=CH₂)，但未能分离。

在结果与讨论部分，研究人员通过系列化学计量实验明确了以下结论：(1) 乙烯基醚在化学计量Ni(0)配合物作用下可由自身偶联生成酯，碳链全部来自烷氧基；(2) 醛与乙烯基醚的交叉偶联可干净生成酯，且醛优先与Ni配位；(3) 分离的L₂Ni(乙烯基醚)加合物是C?O活化的稳定前体；(4) LNi(乙烯基醚)(醛)中间体可被NMR暂定归属，支持单膦物种参与后续转化。

基于实验现象，研究人员提出两个可能的机理路径，并用DFT计算(M06/def2svp)评估各中间体的相对能量。机理1从乙烯基醚加合物3Me出发，经PCy₃解离生成单膦配合物5Me(ΔG°=?0.4?kcal·mol^?1)，随后发生配体间氢原子转移，形成β-agostic中间体Int1(+20.3?kcal·mol^?1)，继而经β-OR消除生成Int2，最后还原消除得到酯和(Cy₃P)₂Ni(C₂H₄)。该路径与镍催化的C?H锡化、锗化、硅化机制类似。机理2则从3Me直接经C?O键氧化加成生成顺式Int3(+30.1?kcal·mol^?1)，异构化为反式Int4(+18.6?kcal·mol^?1)，随后醛插入Ni?O键生成Int5(+26.4?kcal·mol^?1)，再经β-H消除得到Int6(+6.4?kcal·mol^?1)和酯。DFT能量表明，机理2中乙醛插入Ni?OR键并非热力学下行过程，且需与Int4有利的β-H消除竞争，因此机理1更可能是该体系生成酯的主要路径。

在讨论部分，研究人员指出L₂Ni(乙烯基醚)加合物是烯基C(sp²)?O活化最稳定的前体，实验与计算均支持β-OR消除机理。该研究意外发现了醛与乙烯基醚经化学计量镍配合物作用生成酯的干净转化，为发展新型选择性脂肪族酯合成方法奠定了基础。尽管目前催化循环尚不成功，但通过置换化学计量产物中的乙烯应可实现催化循环，相关工作正在进行。

研究结论部分可译为：这项工作始于对镍介导的烯基C(sp²)?O活化的机理研究，以考察参与Ni?C(sp²)?O键活化的膦配体数目。研究表明，L₂Ni乙烯基醚加合物是烯基C(sp²)?O活化最稳定的前体。加热乙烯基醚与Cy₃P负载的Ni(0)前体时意外生成酯，进而发现了醛与乙烯基醚经化学计量反应干净生成酯的转化。DFT辅助的机理研究提示该过程与课题组先前报道的催化C?H锡化、锗化和硅化反应路径类似。尽管化学计量反应很干净，但镍催化版本尚未成功；然而，通过置换Ni(0)产物中的乙烯，应可实现选择性催化合成脂肪族酯，这为未来研究奠定了基础。