Angew. Chem. ：镍/电共催化电中性脱羧偶联反应

电化学合成反应易于通过电位、电流、和电极特性等进行精确控制。同时，电化学合成也适用于大规模生产，在化学工业中有着巨大的应用价值。近年来电化学有机合成方法学受到了研究者们的高度关注，大量的电化学有机合成反应被报导。然而，这些反应大多为电氧化或电还原。为了平衡电荷，在这些反应中需要消耗等当量甚至过量的氧化/还原牺牲试剂。无需牺牲试剂的电中性合成反应，尤其是电中性的C−C偶联反应，此前报道相对较少。

2021年，犹他州立大学的刘天骠教授团队利用电化学伏安法进行底物筛选和反应优化，开发出一种芳基卤化物与苄基三氟硼盐间的镍催化电中性C(sp²)−C(sp³)交叉偶联方法（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 6107–6116）。近日，该团队与杨百翰大学的Daniel H. Ess团队合作，进一步将亲核试剂的底物范围扩展到了有机羧酸盐，报导了镍/电共催化的电中性直接脱羧C(sp²)−C(sp³)交叉偶联反应。在该项工作中，作者还阐述了反应选择性与羧酸盐的电化学性质间的关系；并通过电化学伏安法测试和DFT理论计算，系统研究了反应机理。

在优化后的反应条件下，作者对芳基卤化物和羧酸盐底物的适用范围进行了考察。结果表明，包含各种吸电子性和给电子性官能团的芳基卤化物都能有效生成交叉偶联产物。羧酸亲核试剂方面，氨基酸、苄基羧酸和2-苯氧基丙酸都是有效的脱羧偶联底物。但当羧酸的位阻较大时，反应产率有所降低。

通过对比反应选择性和羧酸亲核试剂的电化学性质，作者发现当羧酸亲核试剂易于被阳极氧化，且能产生相对稳定的碳自由基中间体时，反应倾向于生成C(sp²)−C(sp³)交叉偶联产物；当羧酸亲核试剂易于被阳极氧化，但产生不稳定的碳自由基中间体时，反应倾向于生成aryl−aryl自偶联产物；当羧酸亲核试剂难以被阳极氧化时，反应倾向于生成C(sp²)−O酯化产物。

DFT理论计算表明，Ni(II)催化剂首先在负极被还原为Ni(I)，随后与芳卤氧化加成，然后进一步被还原为Ni(II)-Ar中间体。该中间体捕获正极氧化脱羧形成的碳自由基后生成高价态的Ar-Ni(III)-alkyl 中间体，随后还原消除得到C(sp²)−C(sp³)交叉偶联产物。

由于所采用的羧酸亲核试剂具有稳定、廉价和来源广泛等优点，而且电化学合成方法，尤其是电化学流动合成具有很好的可控性和可扩展性，本项工作推动了镍/电共催化的电中性C−C交叉偶联方法的发展。

论文信息

Electro/Ni Dual-Catalyzed Decarboxylative C(sp³)−C(sp²) Cross-Coupling Reactions of Carboxylates and Aryl Bromide

Dr. Jian Luo, Mr. Michael T. Davenport, Prof. Dr. Daniel H. Ess, Dr. Prof. T. Leo Liu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202403844