金屬負氫轉移反應（MHAT, metal hydride hydrogen atom transfer）的再次發展為簡單烯烴分子的自由基化學反應提供機會和廣闊發展前景。人們對Co、Fe、Mn金屬的金屬負氫轉移催化反應進行深入研究，但是同樣作為3d過渡金屬的Cu在MHAT反應中仍非常罕見，這是因為Cu(I)-H通常具有親核性導致的極性反應性。有鑒于此，北京大學朱戎教授等報道Cu催化的MHAT氧化氫官能團化。與傳統Cu(I)-H反應不同，這種Cu-MHAT反應以化學選擇性和位點選擇性的方式生成烷基自由基，并且隨后能夠與氧親核試劑、氮親核試劑、鹵親核試劑、碳親核試劑偶聯。研究結果說明，該反應能夠拓展為不對稱催化或者自由基聚合，補充MHAT反應的種類。 過渡金屬負氫的氫原子轉移反應（MHAT）能夠將烯烴進行官能團化，大多數MHAT催化反應都是基于Co(III)、Fe(III)、Mn(III)，這些反應過程通常表現較好的馬氏規則選擇性。基于聚合物化學的相關研究，Cu作為鏈轉移催化劑進行自由基聚合，其中能夠通過向Cu(I)中心進行β-氫轉移實現自由基傳遞，生成Cu(II)-H和烯烴。作者發現在相反的過程中，高價態的Cu(II)-H能夠作為氫原子供體與烯烴反應，因此設計Cu(II)-H物種參與的MHAT催化反應過程。 以Cu(MeCN)4PF6作為催化劑，4-氯苯乙烯和4-(甲氧羰基)苯酚作為反應物，1-氟-2,4,6-三甲基吡啶四氟硼酸鹽（O1）氧化劑，四甲基二硅氧烷提供氫，1,2-二氯乙烷溶劑中進行反應。篩選配體的結果發現，當使用磷配體時，反應無法很好的進行；當使用氮配體，有助于提高產率，其中2,2′-二喹啉（L5）最為合適。研究了其他氧化劑（O2-O4）的反應兼容性，發現O2-O4都無法生成3號產物。通過多個控制實驗，說明Cu催化劑、硅烷、氧化劑對于反應能夠發生都是反應進行所必須加入的。ICP-MS表征實驗顯示，該反應體系沒有Co/Fe/Mn等金屬的參與。添加LiOTf能夠阻礙副反應，顯著改善反應選擇性。 在優化的反應條件考察反應兼容性，首先研究多種烯基芳烴化合物（3-9），結果顯示該反應對于電子密集或者缺少電子的芳基烯烴都有很好的反應活性（這個現象與Co-H催化方法難以兼容缺電子烯烴（6-7）的現象不同）。隨后，發現α-修飾或者β-修飾的苯乙烯衍生物以及1,3-二烯烴都能作為反應物（10-16）。發現反應生成馬氏規則選擇性（17a），這個選擇性與Cu(I)-H的位點選擇性恰好相反（17b）。親核反應兼容。考察親核反應物的兼容性，發現該反應對親核物質的兼容非常好，對多種多樣的苯酚（18-33）、一級/二級有機醇（34-42）、苯胺（43和44）、N雜環三唑（45）、咔唑（46）、咪唑（47）、吡唑（48）、氯（49）等親核試劑兼容。該反應的溫和條件能夠兼容多種官能團，比如醛（28、31）、酮（24、27、30、33）。反應能夠擴大為克級反應，而且無需色譜純化技術。通過一系列氘代標記實驗研究反應的機理。當使用PhMe2SiD提供負氫，發現9反應通過Cux-D物種活化烯烴，生成的56烷烴副產物在α位點和β位點都發生氘代，這個現象說明Cux-D同樣參與該反應過程。但是，當使用D+物種，在α位點或β位點都沒有發現氘代，說明該反應不是通過芐基質子化的方式還原。14-d產物的順式/反式產物選擇性為1:1，這說明該反應過程包括立體匯聚的中間步驟。隨后，作者通過自由基時鐘反應實驗說明該反應包括自由基中間體的參與。 反應機理。作者基于實驗觀測，提出反應機理。反應的過程包括MHAT和自由基氧化過程。N-氟吡啶鹽將Cux-1氧化生成Cux-F，隨后能夠快速的與硅烷反應生成Cux-H，隨后Cux-H將氫轉移到烯烴分子，生成烷基自由基中間體A，并且重新生成Cux-1。此外，通過DFT理論計算進一步驗證反應路徑。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
