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圖1 鈀催化遷移環化。

研究背景：遷移功能化（Migratory Functionalization）是指通過金屬從碳到碳的遷移來實現C?H鍵的功能化。這一過程在學術界和工業界都具有重要意義，因為它提供了一種非經典的方法，在不使用傳統交叉偶聯的情況下，選擇性地在遠端C?H位置安裝功能基團。目前，通過1,2-金屬遷移在sp3碳鏈上的烯烴或烷基鹵化物遠程C?H鍵功能化已經得到了很好的發展，但通過1,2-鈀遷移在sp2碳之間的遷移則鮮有報道。苯并雜環結構廣泛存在于天然產物、藥物分子和功能材料中。特別是苯并磷雜環化合物，因其獨特的電子性質和空間結構，在功能材料、生物活性分子和手性配體等領域具有重要應用價值。然而，現有合成方法往往面臨步驟繁瑣、底物范圍有限等問題?；诖耍搱F隊設想能否通過1,n-金屬遷移實現從烯基碳到芳基碳的遷移，進而引發C=C雙鍵的碳金屬化反應。

圖2 研究背景

反應條件優化：研究團隊首先對一系列雙膦配體進行了篩選。實驗結果顯示，使用DPEPhos作為配體時，產物2a的產率最高，達到94%。其他配體如Xantphos、dppf、dppe等雖然也能生成產物，但產率較低。溶劑的選擇也對反應結果有顯著影響，二氯乙烷（DCE）是最優選擇，而在甲苯或二氯甲烷中反應效果較差。堿的選擇同樣重要，銫鹽（CsOPiv）表現出較好的催化效果，而醋酸銫（CsOAc）和鉀鹽（KOPiv）的效果則不如前者。

圖3反應條件優化

底物拓展：研究團隊測試了不同取代基對反應的影響。結果顯示，無論是苯基上的不同取代基（如甲基、叔丁基、苯基、甲氧基、氟或三氟甲基），還是其他類型的底物（如酮、酰胺、氧原子、硅、硫等），都能順利進行反應并獲得高產率的苯并雜環化合物。特別是對于含有磷、硅、硫、碳和氧基團的底物，反應均能高效進行，生成相應的苯并雜環化合物。此外，研究團隊還成功實現了該串聯反應的不對稱催化，使用手性鈀催化劑合成了具有良好對映選擇性的P-手性苯并磷雜環化合物。這些產物可進一步轉化為手性雙膦配體，為手性膦配體的合成提供了新思路。

圖4 底物拓展

反應機理研究：研究團隊通過系統的機理實驗和DFT計算，揭示了反應進行的路徑。氘代實驗表明，反應并未按預期的氧化加成→1,4-鈀遷移→芳基鈀化路徑進行。DFT計算顯示，反應經歷氧化加成→堿輔助去質子化→質子化→芳基C?H鍵協同金屬化-去質子化(CMD)→C?C鍵還原消除的過程。DFT計算排除了直接β-氫消除和苯基C?H鍵協同金屬化-去質子化兩種可能的途徑，它們的能壘分別比最優途徑高3.8 kcal/mol和20.4 kcal/mol。

圖5 DFT計算

綜上所述，該工作的研究亮點總結于以下四個方面：一種不同尋常的反式1,2-鈀遷移：通過機理研究揭示了sp2碳間反式1,2-鈀遷移的關鍵作用，突破了傳統1,4-鈀遷移的認知框架；廣泛的底物適用性：成功應用于磷、硅、硫、碳、氮、氧等多種雜原子的苯并雜環合成，包括苯并磷雜環、苯并噻吩氧化物、吲哚等；不對稱合成的突破：實現了P-手性苯并磷雜環的對映選擇性合成，為手性配體開發奠定基礎；機理深度解析：結合同位素標記實驗和DFT計算，闡明了反應遷移環化過程的詳細機制。