**Cu(III)卤化物配合物介导的C(sp3)–OH键脱氧卤化反应**

《Inorganic Chemistry》：Deoxyhalogenation with Cu(III) Halide Complexes

　　

高价金属-卤化物配合物（high-valent metal–halide complexes）作为促进C–H活化的氧化剂已被广泛研究，但其Lewis酸性反应性很少受到关注。本文报道了一种新的Cu(III)反应模式，其中具有Lewis酸性的Cu(III)配合物激活醇中的C(sp3)–OH键，并将其转化为相应的烷基氟化物、氯化物和溴化物。研究人员合成了一系列由三(2-吡啶基硫代)甲烷（tris(2-pyridylthio)methanide, TPTM, L）配体支撑的形式Cu(III)卤化物配合物（X = F, Cl, Br）。这些三角双锥[LCu^III–X]⁺配合物具有与卤化物相对的阴离子碳供体，导致Cu–X键减弱。与通常促进氢原子抽取（hydrogen atom transfer, HAT）的常规Cu(III)配合物不同，[LCu^III–X]⁺反而激活C(sp3)–OH键进行脱氧卤化。机理研究表明，该反应通过Lewis酸性Cu^III中心首先激活C(sp3)–OH键生成碳正离子（carbocation）中间体，随后被卤化物捕获形成C(sp3)–X键。虽然Lewis酸促进的脱氧氯化和脱氧溴化反应已有报道，但本研究首次实现了金属配合物介导包括F、Cl、Br转移的普适性脱氧卤化系列。

**研究背景与问题**

高价金属-卤化物配合物（high-valent metal–halide complexes）通常作为氧化剂被广泛研究，其可促进C–H键活化，例如Pd(IV)、Ni(IV)、Ni(III)和Cu(III)氟化物配合物已被用于构建C–F键。然而，这些高价金属卤化物配合物的Lewis酸性反应性在有机金属化学中仍未得到充分利用。近年研究表明，多种+III价金属中心（如B(III)、Fe(III)、Bi(III)、In(III)和Ga(III)）可促进C(sp3)–OH键活化，但这些反应大多局限于脱氧氯化和脱氧溴化，脱氧氟化尚未通过高价金属-氟化物配合物实现。由于Cu(III)已知能促进C(sp3)–F键形成，研究人员推测形式Cu(III)配合物凭借其高正电荷和预期的强Lewis酸性，能够激活C(sp3)–OH键，实现包括脱氧氟化在内的普适性脱氧卤化。

**研究内容与结论**

研究人员合成了由三(2-吡啶基硫代)甲烷（tris(2-pyridylthio)methanide, TPTM, L）配体支撑的一系列形式Cu(III)卤化物配合物[LCu^III–X]⁺（X = F, Cl, Br），并进行了全面表征。这些三角双锥配合物具有位于卤化物对位的阴离子碳供体，导致Cu–X键减弱。与常规Cu(III)配合物通常促进氢原子转移（hydrogen atom transfer, HAT）不同，[LCu^III–X]⁺配合物反而激活C(sp3)–OH键实现脱氧卤化。机理研究表明，反应先由Lewis酸性Cu^III中心激活C(sp3)–OH键，生成碳正离子（carbocation）中间体，随后被卤化物捕获形成C(sp3)–X键。虽然Lewis酸促进的脱氧氯化和脱氧溴化已有报道，但本研究首次实现金属配合物介导包括F、Cl、Br转移的普适性脱氧卤化系列，为高价铜配合物开辟了超越氧化性C–H官能化的新反应模式。

**关键技术方法**

主要技术方法包括：单晶X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）用于结构表征；电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance, EPR）用于检测铜物种氧化态；紫外-可见光谱（UV-vis）用于监测电子跃迁；循环伏安法（cyclic voltammetry, CV）用于测定氧化还原电位；密度泛函理论（density functional theory, DFT）计算用于分析电子结构；改进的Gutmann–Beckett方法通过³¹P NMR化学位移变化评估Lewis酸性。配合物合成以2-巯基吡啶和溴仿为原料，通过锂化和金属化步骤获得Cu(II)前体，再经化学氧化得到Cu(III)配合物。所有试剂均为市售或按文献方法合成，不涉及临床样本队列。

**研究结果**

**三角双锥LCu^II–X配合物的合成与表征**：通过去质子化和金属化反应，研究人员开发了克级规模的合成方法，利用单晶XRD、EPR和UV-vis确认了LCu^II–X（X = F, Cl, Br）的结构。循环伏安法显示这些配合物具有可逆的Cu(II)/Cu(III)氧化过程，且氧化还原电位几乎与卤化物无关，表明SOMO主要由配体贡献。

**三角双锥LCu^III–X配合物的合成与表征**：利用三芳基铵自由基阳离子氧化LCu^II–X，以最高96%的产率获得[LCu^III–X][SbF₆]。XRD结构显示[LCu^III–F]⁺的Cu–F键长（1.849(2) ?）显著长于平面四方PDACu^III–F（1.755(3) ?），归因于阴离子碳配体的反位影响。

**[LCu^III–F]⁺的电子结构、HAT与自由基捕获反应性**：DFT计算表明[LCu^III–F]⁺的LUMO主要位于配体（62.0%），Cu贡献仅32.2%，符合反转配体场描述。与PDACu^III–F能高效抽取二氢蒽的氢原子不同，[LCu^III–F]⁺无HAT活性，但能以87%产率捕获三苯甲基自由基生成Ph₃C–F。

**[LCu^III–X]⁺的脱氧卤化反应活性**：将三种配合物与1-金刚烷醇反应，分别得到相应的氟、氯、溴代金刚烷，产率依次为15%、31%、57%。Gutmann–Beckett实验显示[LCu^III–X]⁺本身是弱Lewis酸，而[LCu^III–MeCN]²⁺的Δδ达14.2 ppm，接近强Lewis酸BCF（17.65 ppm），表明卤化物解离后生成的阳离子物种是真正的活性Lewis酸。加入TBAPF₆作为氟源和氢氧根捕获剂，可将脱氧氟化产率从40%提高至99%。底物拓展显示多种仲醇和叔醇均可转化为相应氟化物（24–99%）。环丙基甲醇底物生成开环产物，支持碳正离子中间体；叔醇9的未重排产物占优则与碳正离子稳定性一致。反应结束后EPR检测到[LCu^II(MeCN)]⁺（34%产率），支持不稳定的[LCu^III–OH]⁺中间体分解为Cu(II)物种。

**讨论与结论**

机理研究表明脱氧卤化路径为：卤化物配体解离，醇底物配位至强Lewis酸性的Cu(III)中心，激活C(sp3)–OH键形成碳正离子中间体，卤化物捕获生成产物，同时生成不稳定的[LCu^III–OH]⁺并分解为Cu(II)。该研究首次实现金属配合物介导的包括F、Cl、Br的普适性脱氧卤化，揭示了高价铜配合物超越氧化性C–H官能化的新反应模式。结论部分翻译：总之，研究人员合成并全面表征了一系列阳离子铜(III)卤化物配合物[LCu^III–X]⁺（X = F, Cl, Br），并证明这些配合物能以25–99%的产率激活C(sp3)–OH键进行卤化物取代。机理研究表明该反应通过Lewis酸性Cu^III中心初始激活C(sp3)–OH键生成碳正离子中间体，随后由Cu^III–卤化物配合物捕获形成C(sp3)–X键。虽然Lewis酸促进的脱氧氯化和脱氧溴化已有报道，但本研究首次实现金属配合物介导的包括F、Cl、Br转移的普适性脱氧卤化系列。该反应性揭示了高价铜配合物超越氧化性C–H官能化的新反应模式，为卤素转移化学建立了新概念框架。