金属负氢转移反应（MHAT, metal hydride hydrogen atom transfer）的再次发展为简单烯烃分子的自由基化学反应提供机会和广阔发展前景。人们对Co、Fe、Mn金属的金属负氢转移催化反应进行深入研究，但是同样作为3d过渡金属的Cu在MHAT反应中仍非常罕见，这是因为Cu(I)-H通常具有亲核性导致的极性反应性。有鉴于此，北京大学朱戎教授等报道Cu催化的MHAT氧化氢官能团化。与传统Cu(I)-H反应不同，这种Cu-MHAT反应以化学选择性和位点选择性的方式生成烷基自由基，并且随后能够与氧亲核试剂、氮亲核试剂、卤亲核试剂、碳亲核试剂偶联。研究结果说明，该反应能够拓展为不对称催化或者自由基聚合，补充MHAT反应的种类。 过渡金属负氢的氢原子转移反应（MHAT）能够将烯烃进行官能团化，大多数MHAT催化反应都是基于Co(III)、Fe(III)、Mn(III)，这些反应过程通常表现较好的马氏规则选择性。基于聚合物化学的相关研究，Cu作为链转移催化剂进行自由基聚合，其中能够通过向Cu(I)中心进行β-氢转移实现自由基传递，生成Cu(II)-H和烯烃。作者发现在相反的过程中，高价态的Cu(II)-H能够作为氢原子供体与烯烃反应，因此设计Cu(II)-H物种参与的MHAT催化反应过程。 以Cu(MeCN)4PF6作为催化剂，4-氯苯乙烯和4-(甲氧羰基)苯酚作为反应物，1-氟-2,4,6-三甲基吡啶四氟硼酸盐（O1）氧化剂，四甲基二硅氧烷提供氢，1,2-二氯乙烷溶剂中进行反应。筛选配体的结果发现，当使用磷配体时，反应无法很好的进行；当使用氮配体，有助于提高产率，其中2,2′-二喹啉（L5）最为合适。研究了其他氧化剂（O2-O4）的反应兼容性，发现O2-O4都无法生成3号产物。通过多个控制实验，说明Cu催化剂、硅烷、氧化剂对于反应能够发生都是反应进行所必须加入的。ICP-MS表征实验显示，该反应体系没有Co/Fe/Mn等金属的参与。添加LiOTf能够阻碍副反应，显著改善反应选择性。 在优化的反应条件考察反应兼容性，首先研究多种烯基芳烃化合物（3-9），结果显示该反应对于电子密集或者缺少电子的芳基烯烃都有很好的反应活性（这个现象与Co-H催化方法难以兼容缺电子烯烃（6-7）的现象不同）。随后，发现α-修饰或者β-修饰的苯乙烯衍生物以及1,3-二烯烃都能作为反应物（10-16）。发现反应生成马氏规则选择性（17a），这个选择性与Cu(I)-H的位点选择性恰好相反（17b）。亲核反应兼容。考察亲核反应物的兼容性，发现该反应对亲核物质的兼容非常好，对多种多样的苯酚（18-33）、一级/二级有机醇（34-42）、苯胺（43和44）、N杂环三唑（45）、咔唑（46）、咪唑（47）、吡唑（48）、氯（49）等亲核试剂兼容。该反应的温和条件能够兼容多种官能团，比如醛（28、31）、酮（24、27、30、33）。反应能够扩大为克级反应，而且无需色谱纯化技术。通过一系列氘代标记实验研究反应的机理。当使用PhMe2SiD提供负氢，发现9反应通过Cux-D物种活化烯烃，生成的56烷烃副产物在α位点和β位点都发生氘代，这个现象说明Cux-D同样参与该反应过程。但是，当使用D+物种，在α位点或β位点都没有发现氘代，说明该反应不是通过苄基质子化的方式还原。14-d产物的顺式/反式产物选择性为1:1，这说明该反应过程包括立体汇聚的中间步骤。随后，作者通过自由基时钟反应实验说明该反应包括自由基中间体的参与。 反应机理。作者基于实验观测，提出反应机理。反应的过程包括MHAT和自由基氧化过程。N-氟吡啶盐将Cux-1氧化生成Cux-F，随后能够快速的与硅烷反应生成Cux-H，随后Cux-H将氢转移到烯烃分子，生成烷基自由基中间体A，并且重新生成Cux-1。此外，通过DFT理论计算进一步验证反应路径。Wang, JJ., Huang, H., Sun, HL. et al. Mimicking hydrogen-atom-transfer-like reactivity in copper-catalysed olefin hydrofunctionalization. Nat Catal (2024).DOI: 10.1038/s41929-024-01182-9https://www.nature.com/articles/s41929-024-01182-9
