金属-nitrene介入 C-H键的胺化{attr}3227{/attr}从1980s就得到了有机化学家的广泛关注。早期，该类反应历程通常是nitrene 先同金属结合形成金属-nitrene中间体，然后再通过随后的C-H键协同插入或氢原子转移构建C-N键。由于金属-nitrene活性较高以及C-H键键能差较小，该策略化学转化率以及区域选择性不是很理想（图1a）。为了更好的控制金属-nitrene提高反应实用性，另外一种前置C-H键金属化、进一步与nitrene结合的策略应运而生（图1b）。长此以来，香港理工大学余永耀（Wing-yiu Yu）课题组在该领域进行了较为深入的研究（J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 9048; J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 12862（图1c）; J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 2849）。

图1. 研究背景介绍

近期，受到南京大学朱少林教授课题组发展的NiH参与的chain-walking策略的启发，余永耀（Wing-yiu Yu）课题组通过硫导向实现了[Ni]-nitrene参与的惰性C(spong>³)-H键的区域选择性胺化反应。相关论文发表于J. Am. Chem. Soc.，该文的作者依次为香港理工大学杜炳南博士后，香港理工大学欧阳煜鑫，香港理工大学-南方科技大学联合博士生陈奇姝。

图2. 反应选择性的配体控制

作者首先对底物适用范围进行评估，如原文所示该反应表现出优秀的底物兼容性。之后通过培养Ni-底物络合物的单晶佐证了硫原子以配位的形式跟金属[Ni]结合。通过分子内导向竞争实验，进一步说明硫原子具有较强引导[Ni]迁移的能力（详情见原文及原文SI）。在反应的条件优化阶段作者发现通过配体调控，可以实现胺化反应的区域选择性控制提供两种产物，Markovnikov-products 和chain-walking products（图2）。

图3. L2调控的 V_migration vs V_{cross-coupling} 实验

图4. L4调控的 V_migration vs V_{cross-coupling} 实验

不同配体下不同的区域选择性，本质上是反应历程中迁移速率（V_migration） vs 交叉偶联速率（V_{cross-coupling}） 带来的差异。作者通过控制dioxazolone及hydride源滴加速度分别用L2、L4对反应的选择性变化进行了考察。他们认为L2倾向生成Markovnikov-products的原因是配体位阻较小，导致dioxazolone可以较快速配位[Ni]中心，从而带来反应倾向于Curtin-Hammett平衡中不迁移路径（图3）。反之，配体L4倾向的chain-walking products原因是配体位阻较大，导致dioxazolone配位速度较硫引导的[Ni]迁移速度慢，反应倾向于Curtin-Hammett平衡中迁移路径（图4）。该两组结果分别具有明显的dioxazolone配位控制及硫引导[Ni]迁移控制动力学倾向。

图5. L2、L4参与的Hammett plot实验

为了进一步描述反应历程以及配体L2、L4带来的区域选择性差异的原因，作者分别在L2、L4参与条件下对反应进行了Hammett plot实验探究（图5）。实验结果表明：1）反应历程中存在Ni-nitrene物种（L4作为配体时，有利于稳定亲电性metal-nitrene中间体的富电性dioxazolones反应速度更快）。2）由于配体位阻的差异，L2、L4参与的催化循环中determining-step并不相同。这进一步揭示了该体系能够通过配体调控实现区域选择性控制的内在原理。

研究团队简介

Yu Wing-yiu（余永耀）左；香港理工大学应用生物及化学科技学系教授（Associate Head of Department)。研究方向是金属有机络合物（Metal-carbene、Metal-nitrene）介导的交叉偶联反应研究。在国际知名期刊发表发表文章数>100篇, 被引次数>10000次，H-index = 55（更新于2021-09-15）。Email: wing-yiu.yu@polyu.edu.hk

https://www.x-mol.com/university/faculty/293708

Du Bingnan (杜炳南) 右；香港理工大学应用生物及化学科技学系博士后。2017年毕业于南京大学潘毅/韩建林课题组。研究方向是Ni-cat.及Ni-nitrene介导的交叉偶联反应研究。在国际知名期刊以第一作者或共同通讯作者发表文章12篇，被引次数643次，H-index = 13（更新于2021-09-15）。Email:du.bn.du@polyu.edu.hk

欧阳煜鑫；2021年毕业于香港理工大学，目前在美国Scripps研究所Yu Jin-quan课题组攻读博士学位。

陈奇姝；2019年毕业于南科大，目前在港理工Yu Wing-yiu及南科大Zhang Xumu课题组攻读博士学位。