近年来，过渡金属催化的交叉偶联反应在复杂分子合成中的重要性日益显著，尤其是对药物开发和精细化学品合成的贡献更是不容忽视。这些转化的成功通常依赖于金属催化剂参与的基本有机金属步骤，如氧化加成、转金属化和还原消除，从而实现化学键的选择性断裂和构建。（图1a）然而，对于那些强共价键的活化，例如C-N键，由于其与金属的氧化加成反应较为困难，限制了其在交叉偶联化学中的应用潜力。
特别是，腈类化合物因其在天然产物、药物和农用化学品中的广泛应用，已经成为非常重要的合成前体。然而，现有的过渡金属催化腈化反应大多依赖于剧毒的氰化物源（如金属氰化物和氢氰酸），对环境和安全构成巨大威胁。因此，开发以低毒性、易得的异腈作为氰化剂的反应方法，成为科学家们亟需解决的难题。此外，异腈中的C(sp3)-N键的催化活化和利用相对较少，尤其是在其作为双功能试剂的应用上，还未得到充分的探索。
图片来源：JACS
本研究通过光诱导镍催化策略，克服了传统C(sp3)-N键活化过程中的热力学障碍，开发了一种新的反应途径。（图1b）这一策略通过光照诱导内环电荷转移，在低价态的镍异腈配合物中引发C(sp3)-N键的均裂，从而生成镍氰化物和活泼的烷基自由基。利用该催化体系，研究人员成功实现了炔烃的1,2-烷基氰化反应，异腈不仅作为烷基化剂，还充当了氰化试剂。这种反应在温和条件下进行，具有出色的原子经济性、区域选择性和立体选择性。同时，该体系还实现了烷基炔烃的Markovnikov选择性氰化反应，展示出极高的化学兼容性。通过一系列控制实验和机理研究，作者验证了光生低价镍配合物的形成和其参与的C(sp3)-N键均裂机制。
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这一研究提出了一种全新的C(sp3)-N键活化模式，绕过了传统金属催化中的氧化加成步骤，开辟了更为高效的异腈催化应用领域。首先，该策略克服了强共价键活化的挑战，拓展了镍催化交叉偶联反应的适用范围。这不仅有助于合成复杂的烯腈类分子，同时也为化学家们提供了更环保、更安全的腈化合成途径，减少了对剧毒氰化物的依赖。
其次，该方法通过异腈的双功能性，实现了烷基自由基和氰基的同时引入，为多样化分子骨架的构建提供了新的思路。这一反应展示了优异的底物兼容性和选择性，能够适应多种不同的官能团，具有广泛的合成应用潜力。此外，光催化策略的引入，不仅提高了反应的效率和选择性，还推动了金属配合物在光化学中的应用探索。研究表明，这种光诱导C(sp3)-N键活化策略有望为未来的“切割-缝合”反应提供新的机遇，尤其是在惰性化学键活化领域的应用前景非常广阔。
标题：Photoinduced Nickel-Catalyzed Homolytic C(sp3)–N Bond Activation of Isonitriles for Selective Carbo- and Hydro-Cyanation of Alkynes
作者：Jian Qin, Yingying Li, Yuntong Hu, Zhonghou Huang, Weihang Miao, and Lingling Chu*
链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c08631
