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（圖片來源：Nat. Commun.）

多取代烯烴，廣泛存在于天然產(chǎn)物、生物活性分子和材料科學(xué)中。同時(shí)，烯烴相對于極性官能團(tuán)具有良好的反應(yīng)性，為復(fù)雜分子的后期衍生化提供了多種可能。因此，烯烴的立體選擇性合成已成為研究的熱點(diǎn)，盡管此類反應(yīng)已取得了一定進(jìn)展，但對于三或四取代烯烴的立體選擇性合成仍具有挑戰(zhàn)。此外，Ni-催化炔烴的碳雙官能團(tuán)化反應(yīng)，作為合成多取代烯烴的理想途徑，但由于難以形成Csp2-Csp3鍵，從而使炔烴的烷基化更具挑戰(zhàn)。為了解決上述問題，化學(xué)家已設(shè)計(jì)出三種可行的策略。第一種策略，通過Ni-催化炔烴的自由基加成、重組以及與芳基金屬試劑的偶聯(lián)，從而形成反式選擇性的烯烴產(chǎn)物，但獲得三取代烯烴的范圍有限（Fig. 1a, top）。第二種策略，通過炔烴的碳金屬化以生成乙烯基鎳配合物，然后進(jìn)行親電反應(yīng)，從而獲得順式選擇性的烯烴產(chǎn)物，但存在區(qū)域選擇性問題，并且只適用于具有電性和位阻差異的炔烴（Fig. 1a, bottom）。上述兩種策略，均需使用敏感的有機(jī)金屬試劑，并且可應(yīng)用于炔烴的烷基芳基化和二芳基化，由于難以形成第二個(gè)Csp2-Csp3鍵，因此無法進(jìn)行二烷基化反應(yīng)。第三種策略是通過Ni(0)與炔烴進(jìn)行氧化環(huán)化反應(yīng)，形成Ni(II)環(huán)狀中間體，然后進(jìn)行σ-鍵復(fù)分解或用有機(jī)金屬試劑進(jìn)行金屬轉(zhuǎn)移以形成第二個(gè)碳-碳鍵（Fig. 1b）。已報(bào)道關(guān)于炔烴的串聯(lián)氧化環(huán)化反應(yīng)，其中C=C/C=N/C=O與不同的有機(jī)金屬試劑（RM）反應(yīng)生成各種取代的烯烴（Fig. 1b, top）。2018年，Montgomery課題組報(bào)道了鎳催化內(nèi)炔烴與醛的分子內(nèi)氧化環(huán)化反應(yīng)，然后與烷基溴偶聯(lián)，從而獲得具有環(huán)取代的四取代烯丙基醚化合物（Fig. 1b, bottom）。然而，對于炔烴分子間的二聯(lián)烷基化通用方法尚未開發(fā)。若通過炔烴與烯酮的分子間氧化環(huán)金屬化作用，然后再與鹵代烷經(jīng)親電偶聯(lián)反應(yīng)，則可依次形成兩個(gè)Csp2-Csp3鍵，從而獲得一系列三或四取代的烯烴（Fig. 1c）。同時(shí)該策略也存在一定的挑戰(zhàn)，如將有機(jī)鎳/鋅物種親核加成到烯酮上，β-H消除烷基鎳中間體，在還原條件下烷基鹵的自偶聯(lián)/脫鹵和烯酮的低聚等副反應(yīng)等。

（圖片來源：Nat. Commun.）

作者以1-己炔（1a），2-環(huán)己烯-1-酮（2a）和1-溴丁烷（3a）作為模型底物，進(jìn)行大量條件的篩選（Table 1）。篩選結(jié)果表明，當(dāng)使用NiBr2·DME（10 mol％）為催化劑，4-氰基吡啶（5 mol％，A1）為配體，同時(shí)加入氯化鈰（0.8當(dāng)量），碘化鉀（2.0當(dāng)量），鋅（4.5當(dāng)量），水（1.5當(dāng)量），可在DMF溶劑中室溫反應(yīng)，獲得66％收率的二烷基化產(chǎn)物4a。

（圖片來源：Nat. Commun.）

在獲得上述最佳條件之后，作者首先對炔烴的范圍進(jìn)行了擴(kuò)展（Fig. 2）。一系列具有末端脂肪族炔烴底物，均可順利反應(yīng)，獲得相應(yīng)的產(chǎn)物4a-4j。其中，對于天然產(chǎn)物和藥物分子（如雌酮和奧沙普秦）的后期功能化，可獲得相應(yīng)的三烷基化產(chǎn)物4i和4j。值得注意的是，4a的克級規(guī)模實(shí)驗(yàn)也取得了預(yù)期的結(jié)果。其次，具有各種給電子和吸電子基的末端芳基炔烴，均為合適的底物，從而獲得相應(yīng)的產(chǎn)物5a-5l。此外，內(nèi)炔烴也與反應(yīng)體系兼容，從而獲得相應(yīng)的四取代烯烴6a-6i。

（圖片來源：Nat. Commun.）

隨后，作者對親電試劑的范圍進(jìn)行了擴(kuò)展（Fig. 3）。具有不同鏈長度的脂肪族烷基溴化物，均以中等至良好的收率獲得三或四取代的烯烴7a-7l。同時(shí)，具有烯烴或炔烴的烷基溴底物，同樣可以順利反應(yīng)，獲得產(chǎn)物7m和7n，且雙鍵和三鍵保持完整。其次，對于一些敏感的基團(tuán)，如酯和酰胺，也與體系兼容，獲得相應(yīng)的產(chǎn)物7o-7r。仲烷基鹵化物，也以52％的收率形成產(chǎn)物7s。然而，叔烷基鹵化物不能形成所需的產(chǎn)物。此外，各種環(huán)狀和非環(huán)狀烯酮均能順利進(jìn)行二烷基化反應(yīng)，從而獲得相應(yīng)的產(chǎn)物8a-8i（Fig. 3, bottom）。

此外，該策略也可作為合成無任何官能團(tuán)的三或四取代全碳烯烴的通用合成方法（Fig. 4）。如將羰基還原后，可獲得高收率全碳烯烴9a-9f。

（圖片來源：Nat. Commun.）

為了進(jìn)一步證明反應(yīng)的實(shí)用性，作者對產(chǎn)物進(jìn)行了后期的衍生化（Fig. 5）。如4a經(jīng)還原性胺化形成胺（10，58％），經(jīng)羰基的還原形成醇（11，90％），經(jīng)Wittig反應(yīng)形成二烯（12，76%），經(jīng)環(huán)氧化形成環(huán)氧化物（13，60%）。同時(shí)，可經(jīng)位點(diǎn)選擇性去氫化形成二烯酮14，收率70％。4a在氧化條件下可進(jìn)行芳構(gòu)化，獲得61％收率的苯酚15。

（圖片來源：Nat. Commun.）

為了進(jìn)一步了解反應(yīng)的機(jī)理，作者進(jìn)行了相關(guān)的對照實(shí)驗(yàn)（Fig. 6）。首先，在標(biāo)準(zhǔn)條件下使用4當(dāng)量D2O代替H2O，獲得72％收率的6a-d，其中α-位被氘化96％。而以6a為底物時(shí)，未發(fā)現(xiàn)氘化產(chǎn)物6a-d。當(dāng)使用氘代苯乙炔底物時(shí)，獲得42％收率的5a-d，而α-位未被氘化（Fig. 6a-6c）。這些結(jié)果表明，酮的α-質(zhì)子來自水，并不能與周圍環(huán)境交換。其次，通過自由基鐘實(shí)驗(yàn)，獲得58％收率的二烯酮16，而沒有形成16'（Fig. 6d）。同時(shí)，通過自由基環(huán)化/交叉偶聯(lián)過程，可將17轉(zhuǎn)化為18，收率為16％，同時(shí)形成副產(chǎn)物19和20，且未檢測到無環(huán)產(chǎn)物18'（Fig. 6e）。若向反應(yīng)體系加入TEMPO，則反應(yīng)被抑制。此外，通過HRMS檢測到化合物21和22的形成（Fig. 6f）。上述結(jié)果表明，反應(yīng)涉及烷基自由基的參與。

（圖片來源：Nat. Commun.）

最后，作者提出了一種可能的反應(yīng)機(jī)理（Fig. 7）。首先，Zn還原Ni(II)形成Ni(0)，再與炔烴和烯酮經(jīng)氧化環(huán)金屬化形成環(huán)狀中間體A（與中間體B處于平衡狀態(tài)）。隨后，在路易斯酸（CeCl3或ZnBr2）存在下，形成中間體C，再經(jīng)質(zhì)子化，從而生成中間體D。緊接著，通過Zn還原形成Ni(I)中間體E，再經(jīng)單電子轉(zhuǎn)移、自由基重組、氧化加成，從而形成Ni(III)中間體G。最后，經(jīng)還原消除從而獲得最終產(chǎn)物，并完成催化循環(huán)。

（圖片來源：Nat. Commun.）

總結(jié)：南方科技大學(xué)舒?zhèn)フn題組報(bào)道了一種鎳催化炔烴、烯酮和烷基鹵化物的分子間二烷基化反應(yīng)，從而獲得三或四取代烯烴衍生物。同時(shí)，該反應(yīng)無需導(dǎo)向基團(tuán)或活化基團(tuán)，避免了有機(jī)金屬試劑的預(yù)制備，并且具有優(yōu)異的區(qū)域和立體選擇性。此外，通過對產(chǎn)物后期的衍生化，進(jìn)一步證明了反應(yīng)的實(shí)用性。