网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

新型Ni催化剂构建C−N键:空气下就可反应,保质期5年,收率高达98%!

0
分享至

过渡金属催化的C−N交叉偶联反应已成为合成药物、农用化学品、天然产物和功能材料不可或缺的工具。传统上使用得更多的是钯催化策略,然而考虑到成本因素,性价比更高的均相镍催化成为开发的重要目标。过去二十年中,多个课题组开发了结构明确的NHC-Ni预催化剂,包括Nolan(1,4)、Matsubara(2)、Nicasio(3,5)、Montgomery(6)和Jamison(7)。尽管许多预催化剂表现出优异的催化活性,但尚未发现普遍适用的NHC-Ni催化剂。


鉴于此,近日渥太华大学Michael G. Organ教授团队报道了一种新型、结构明确、空气稳定的NHC-Ni(II)预催化剂([(IPr)Ni((N-methylphenethylamine)Cl](8)),用于C−N交叉偶联反应。该预催化剂在碱存在下易于活化,可高效促进多种芳基氯化物与胺的胺化反应。此外,操作简便、稳定性高和极易活化的优势,使得该NHC-Ni预催化剂成为镍催化C−N键形成的良好选择。

反应条件优化

以吗啉与4-氯苯甲醚的N-芳基化为模型反应,对碱、溶剂和催化剂负载量进行优化:


研究发现,THF作溶剂时,收率可达92%;NaOtBu作碱最佳;预催化8的负载量为2 mol%最优。

最优条件:芳基氯化物(1.0 equiv)、胺(1.5 equiv)、NaOtBu(1.8 equiv)、预催化剂8(2 mol%)、THF(1 mL)、60 °C反应16小时、无需惰性气体保护。

底物探究

作者以不同的芳基氯化物、各类胺为底物进行研究:


研究发现:

1.对芳基氯化物而言,富电子和缺电子芳基氯化物均可实现高效偶联,说明电子效应影响小;邻位取代底物收率下降(20: 87%,21: 76%,22: 72%),说明空间效应显著;此外,4-叔丁基(23: 88%)、4-甲氧基(16: 92%),但3-氯(24: 84%)和3,5-二取代(25,26: 75%)收率较低,说明间、对位取代兼容。

2.对胺而言,环状仲胺最优:吗啉(99%)、哌啶(98%);伯胺收率较低:45%(30)、36%(31),47%(33),45%(34);杂芳基胺优异:氨基吡啶(92−98%)、氨基喹啉(98%)、氨基哒嗪(87%);空间位阻影响:当芳基氯的对位有给电子取代基时,N-甲基苯胺(36: 38%,39: 16%)收率较低,但改变溶剂及升高温度后便实现收率大幅提升。

预催化剂活化机理

基于实验观察,作者提出了如下活化机理:


主要分为两步进行:

1.碱促进还原消除:在碱存在下,预催化剂8中的N-甲基苯乙胺配体作为“丢弃配体(throw-away ligand)”,发生还原消除,生成活性NHC-Ni(0)催化剂(13)和N-甲基苯乙胺副产物(12)。

2.活性物种生成:生成的NHC-Ni(0)物种(13)进入催化循环,参与C−N交叉偶联。


作者通过监测不同温度下反应转化率随时间的变化,研究了预催化剂8的活化行为发现:预催化剂8在室温下即可活化(无诱导期),而60 °C下反应仅需5分钟即可完成—温度的作用是加速催化循环,而非触发预催化剂活化,这说明60°C乃是最优反应温度。


机理验证:对照实验发现无金属时不反应;仅添加Ni(COD)₂ (9)时痕量产物;而原位生成NHC-Ni(0)(Ni(COD)₂ + IPr)可实现89%收率;使用预催化剂8时则实现98%收率;使用在空气中存放了5年的旧批次预催化剂,仍可实现95%收率,更证明了其长久的保质期。

预催化剂的合成与表征如下:


合成:[Ni(COD)₂](9)与IPr(10)和N-甲基苯乙胺(11)在无水THF中,−40 °C至室温反应16小时,以良好收率获得空气稳定的预催化剂8。

表征:通过单晶X射线衍射(SC-XRD)分析确认了配合物8的结构:

•方形平面几何:Ni(II)中心与IPr配体、N-甲基苯乙胺配体和氯配体配位。

•IPr配体:以单齿方式配位,支持反应性催化中间体的形成。

•N-甲基苯乙胺:作为L,X型配体(氮原子和芳环配位)。

研究亮点:预催化剂性质稳定(空气氛围下可保存5年不变质)、操作简便、活化高效、底物范围广泛(兼容多种芳基氯化物和各类胺)、催化剂负载低(2 mol%即可实现高转化率)。

局限:伯胺收率较低、空间位阻敏感、部分底物需高温、需强碱(底物有敏感基团不适)、反应时间较长(16 h)、药物分子后期修饰未涉及、底物有限(未涉及其他芳基卤化物)。

总结:作者开发了一种新型、结构明确、空气稳定的NHC-Ni(II)预催化剂,用于C−N交叉偶联反应。该预催化剂通过“丢弃配体”策略—N-甲基苯乙胺作为L,X型配体—实现了空气稳定性和易活化性的平衡。在优化条件可实现富电子/缺电子芳基氯化物、环状仲胺、杂芳基胺等多种底物,收率最高达99%。该策略为镍催化C−N键形成提供了实用、操作简便的新工具,乃是Buchwald偶联反应的重要补充。

参考资料:

A Well-Defined, Air-Stable NHC-Ni Precatalyst for C−N Bond Formation. Kianoosh Masoomi, Jürgen Schulmeister, Michael G. Organ. Chem. Eur. J.2026. DOI: 10.1002/chem.71749

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
孟良崮本有活路,能救张灵甫的人却被自己人一脚踢开

孟良崮本有活路,能救张灵甫的人却被自己人一脚踢开

纪史行者
2026-10-28 04:20:03
糖尿病不能“碰”羊肉?医生:不只是羊肉,这3物能不吃就不吃

糖尿病不能“碰”羊肉?医生:不只是羊肉,这3物能不吃就不吃

牛锅巴小钒
2026-10-29 12:28:47
恭喜郭富城61岁大寿!和满1周岁三宝一起庆生,送女儿传家宝礼物

恭喜郭富城61岁大寿!和满1周岁三宝一起庆生,送女儿传家宝礼物

少女的烦恼
2026-10-28 05:26:47
微软一刀裁掉大半个Meta,Copilot沦为重灾区

微软一刀裁掉大半个Meta,Copilot沦为重灾区

字母榜
2026-10-28 12:42:51
密歇根参议院选战生变:民主党押注进步派,这场豪赌赌的是什么?

密歇根参议院选战生变:民主党押注进步派,这场豪赌赌的是什么?

谢鵑解说
2026-10-29 11:04:35
第一个面临消失的职业,不是幼师,不是快递员,而是这三种工作?

第一个面临消失的职业,不是幼师,不是快递员,而是这三种工作?

白米饭怎么吃
2026-10-11 21:32:47
法国兴业银行第三季度净利润18.9亿欧元 同比增长24%

法国兴业银行第三季度净利润18.9亿欧元 同比增长24%

财联社
2026-10-29 13:59:07
自媒体人“徽剑”遭电诈大佬买凶杀害,其实当年我也差点去了缅北

自媒体人“徽剑”遭电诈大佬买凶杀害,其实当年我也差点去了缅北

码头青年
2026-10-28 13:32:00
晚了!中方宣布不出席,菲慌忙改口否认与台合作,结果还是失望了

晚了!中方宣布不出席,菲慌忙改口否认与台合作,结果还是失望了

潋滟晴方DAY
2026-10-28 20:28:17
首款华为星芒手机蓄势待发:阔直板形态+麒麟9系 向Pura看齐

首款华为星芒手机蓄势待发:阔直板形态+麒麟9系 向Pura看齐

快科技
2026-10-29 09:20:05
乌军前总司令:俄乌冲突不断是因为西方军事理论过时了,其仍以二战时期理论为基础,靠它来保护是种幻想

乌军前总司令:俄乌冲突不断是因为西方军事理论过时了,其仍以二战时期理论为基础,靠它来保护是种幻想

极目新闻
2026-10-28 09:48:21
我和父亲一起去体检,医生低声问我:你爸知道你不是他亲生的吗?

我和父亲一起去体检,医生低声问我:你爸知道你不是他亲生的吗?

千秋文化
2026-10-04 10:20:51
一妈妈穿太辣和青春期儿子合影遭网友怒批:儿大避母都不懂吗?

一妈妈穿太辣和青春期儿子合影遭网友怒批:儿大避母都不懂吗?

观世记
2026-10-16 16:45:45
西班牙首相宣布为列车相撞事故遇难者全国哀悼三天

西班牙首相宣布为列车相撞事故遇难者全国哀悼三天

界面新闻
2026-10-28 23:14:29
赌上职业生涯!巴萨核心强行复出救主!弗里克被逼到绝境

赌上职业生涯!巴萨核心强行复出救主!弗里克被逼到绝境

奶盖熊本熊
2026-10-29 07:58:48
全红婵不对劲,不是她以后不比赛了,而是她今年19岁了,居然开始了自己的精致路线

全红婵不对劲,不是她以后不比赛了,而是她今年19岁了,居然开始了自己的精致路线

LULU生活家
2026-09-30 20:32:43
金价跌破860元/克,有金店1天卖出十几公斤,手镯1天补3次货都不够;女子上午买结婚“五金”,下午带亲友买金镯

金价跌破860元/克,有金店1天卖出十几公斤,手镯1天补3次货都不够;女子上午买结婚“五金”,下午带亲友买金镯

极目新闻
2026-10-27 14:56:16
美国为什么能够垄断氦气生产? 这么讲吧,氦气这个东西,属于是天赋性资源,氦气的特殊属性,从根源上就决定了它不可能靠人工量产

美国为什么能够垄断氦气生产? 这么讲吧,氦气这个东西,属于是天赋性资源,氦气的特殊属性,从根源上就决定了它不可能靠人工量产

扶苏聊历史
2026-10-27 11:47:53
钱再多有什么用?从3米高空坠落的周鸿祎,给所有企业家敲响警钟

钱再多有什么用?从3米高空坠落的周鸿祎,给所有企业家敲响警钟

神秘莫测的世界
2026-10-13 19:51:13
“这跟内衣有啥区别?”中学女儿的外出穿搭,让母亲绷不住了

“这跟内衣有啥区别?”中学女儿的外出穿搭,让母亲绷不住了

世界圈
2026-09-22 15:46:08
2026-10-29 14:23:00
有机合成
有机合成
介绍分享有机合成方面的知识,经验总结,学习资料,奇闻趣事等等
1086文章数 5关注度
往期回顾 全部

科技要闻

MacBook终于能触屏了:22999元起

头条要闻

泽连斯基:我们愿进行任何形式谈判 乌不想失去美支持

头条要闻

泽连斯基:我们愿进行任何形式谈判 乌不想失去美支持

体育要闻

普通人徐嘉余的入口与出口

娱乐要闻

李嘉格自曝离婚内情:过错方净身出户

财经要闻

“对不起,我们不投具身智能了”

汽车要闻

首销期权益价23.98万起 2026款理想i6上市

态度原创

艺术
亲子
家居
旅游
公开课

艺术要闻

16岁开始打工,40岁拿影后,她早就该火了

亲子要闻

吾有一女,乃是我掌上明珠。 闹时灵动雀跃,静时软萌恬然。

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

旅游要闻

北京发布七大古树名木主题游线:可看千年古树,也能逛村咖

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版