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（圖片來源：Nat. Catal.）

鎳光氧化還原催化使利用過渡金屬催化構建碳-雜原子鍵的轉化豐富發展。通過利用光能，過渡金屬可以達到在催化反應中通過熱化學難以達到的氧化態。例如，已被報道利用鎳光氧化還原反應利用芳基(擬)鹵化物合成苯胺和芳基醚。然而，在缺乏特殊的富電子配體的情況下簡單鎳體系的氧化加成通常很慢，會導致催化劑分解。因此，富電子芳基親電試劑通常不能實現上述轉化。最近，德國馬克斯·普朗克煤炭研究所Josep Cornella和Tobias Ritter課題組提供了一個概念性的解決方案，在光/鎳共催化下實現了富電子芳環（芳基噻蒽鎓鹽）的胺化，氧化，硫化和鹵化過程，同時構建了碳-雜原子鍵（Fig. 1）。化學加——科學家創業合伙人，歡迎下載化學加APP關注。

（圖片來源：Nat. Catal.）

首先，作者以芳基噻蒽鎓鹽1和哌啶2作為模板底物對反應進行了探索（Table 1a）。通過一系列條件篩選，作者發現當使用1（1.0 equiv），2（2.0 equiv），2 NiCl₂·6H₂O（2 mol%），在DMA (0.1 M)中，藍光照射下25 °C反應16小時，可以以大于95%的核磁產率和93%的分離產率得到相應的C-N偶聯產物3 （entry 1）。2023年，作者報道了無需光參與的鎳催化鹵化反應，其中鋅被用作還原劑（J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 9988）。但是，即使使用1.0當量的鋅在此轉化中也僅能產生不到10%的產物3（entry 4）。由此表明此體系與之前的反應體系有所不同。

在得到了最優反應條件后，作者對此轉化的底物范圍進行了考察（Table 1b）。實驗結果表明，一系列不同取代的富電子和電中性的芳基噻蒽鎓鹽均可順利實現轉化，以50-93%的產率得到相應的產物3-25。與其它的鎳催化胺化策略相比，缺電子底物的反應效率相對較低（18）。通常來講缺電子芳烴的氧化加成會更快，但可能是由于競爭的氫化副反應的存在使得目標產物產率降低。一系列不同的官能團，包括磺酰胺、酰胺、環丙基、醚、聯芳基、鹵化物、腈、酯、雜環、氨基甲酸酯和胺等均可兼容。此外，一系列復雜的活性小分子，如flurbiprofen (10), nefiracetam (14), benzyloxazolidinone (15), boscalid (19), strychnine (20), fenbufen (24) 和 pyriproxyfen (25)也均可以轉化為相應的胺化產物，這為生物活性分子為后期修飾提供了一個新的策略。雖然對位和間位取代的底物可以參與反應，但鄰位取代的芳基噻蒽鎓鹽不能實現轉化，得到的大部分是氫化的副產物以及未反應的起始材料。

（圖片來源：Nat. Catal.）

接下來，作者對N-親核試劑的底物范圍進行了考察（Table 2）。一系列不同尺寸的環二級胺，如α-甲基取代的吡咯烷，N-Boc保護的哌嗪，嗎啡啉，嘧啶和苯并異噻唑胺等均可兼容。此外，二甲胺也可有效參與轉化，以80%的產率得到目標產物37。然而，當使用比二甲胺具有更大空間位阻的線性二級胺時，產率會有所下降（51）。產率較低的原因可能是由于位阻減緩了反應，并在與鎳催化劑配位時引起了β-H的消除。然而，當加入3.0當量2-叔丁基-1,1,3,3-四甲基胍(BTMG)，并將鎳源切換為NiCl₂·glyme（10 mol%）時，伯胺也可以參與反應，得到所需的產物。雖然藍色LED也很有效，但在伯胺反應的情況下，白光LED的產率略高。環丙胺、丙胺、α-CF₃取代胺和含呋喃環的伯烷基胺均可參與反應，以40-89%的產率得到產物。值得注意的是，具有在鈀催化的胺化反應中容易發生副反應的官能團的底物在此反應條件下也是耐受的。此外，酸性官能團（OH）也是可以兼容的（38）。

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接下來，作者將所開發的催化劑體系擴展到以MeOH為親核試劑的甲氧基化過程（Table 3）。無論簡單的和復雜官能團化的含烷基、鹵素、酰胺、雜環和酯的芳基噻蒽鎓鹽以及伯醇、仲醇和酚均可參與這一過程，以41-83%的產率得到相應的產物58-67。雖然之前已經報道過使用芳基噻蒽鎓鹽構建C?O鍵的轉化，但這些轉化并不是催化過程，并且需要使用化學計量的銅。此外，對于鹵化過程，需要使用非均相的鋅粉來形成Ni(I)催化劑，這可能會在大規模合成中帶來不便。此外，文獻報道的C?S鍵的形成過程僅限于芳香硫醇，而烷基硫醇則不能實現轉化。在此情況下，作者利用目前的方案克服了這些限制，并為使用氮，氧和硫親核試劑的轉化提供了統一的方法。此外，碘化鈉、溴化鈉和四丁基氯化銨(TBACl)也同樣可以作為親核試劑在來實現鹵化，這為類藥分子的后期官能團化提供了一種直接和簡單的方法。遺憾的是，此轉化迄今為止尚未擴展到氟化過程。

（圖片來源：Nat. Catal.）

為了證明此轉化的實用性，作者對pyriproxyfen和(?)-paroxetine 鹽這兩個藥物分子進行了克級規模（3.0 mmol）偶聯，可以以51%的產率得到產物77（Fig 2a）。利用之前的方法，化合物79通常以芳基溴80為起始原料，經過7步合成得到。而利用此策略可以從芳基噻蒽鎓鹽78開始，通過胺化和親核取代(S_N2)反應，并且能夠將合成簡化為三步來實現合成（Fig 2b）。

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基于上述實驗結果，作者提出了可能的反應機理（Fig 3a）：反應中Ni(I)可能是由簡單的Ni(II)鹽，在光照射下通過配體到金屬的電荷轉移(LMCT)過程生成的。當1和2的混合物與Ni(COD)₂ (100 mol%)和單電子氧化劑FeCp₂BAr^F (100 mol%)在黑暗中結合時，C-N鍵產物3的產率為90%，由此進一步證明了Ni(I)物種的存在（Fig 3b）。隨后，芳基噻蒽鎓鹽通過SET氧化加成以及再結合得到Ni(III)中間體，并經歷還原消除得到產物并再生Ni(I)物種，進入新的催化循環。

（圖片來源：Nat. Catal.）