均相金催化剂在催化活化炔烃、烯烃和联烯化合物构建碳碳键与碳杂键方面有着广泛的应用（图1A）。由于Au(I)/Au(III)的高氧化电势，早期金催化的氧化偶联反应几乎没有报道（图1B）。直至2009年，美国加州大学巴拉拉分校的张立明教授首次实现了金催化的醋酸炔丙酯与硼酸的氧化偶联反应，一步构建α-芳基烯酮化合物。在该体系中通过额外添加当量的selectfluor实现了Au(I)/Au(III)催化循环。随后，Glorius和Toste小组分别报道了利用光催化剂和一类自由基前体-重氮盐相结合诱发生成的芳基自由基，使得Au(I)物种在经历一系列单电子氧化得到Au(III)中间体，从而实现Au(I)/Au(III)的催化循环（图1C）。近几年来，美国南佛罗里达大学的史晓东教授（点击查看介绍）及其团队在芳基重氮盐参与的金催化氧化偶联反应研究中取得了系列进展，为构建一系列碳-碳键和碳-杂键提供了一类新型，高效的合成策略（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8772; Chem. Sci., 2016, 7, 6190; Chem. Eur. J., 2017, 23, 11093; Chem. Commun., 2019, 55, 8150）。

图1. 金催化的活化模式

2015年，史晓东教授及其团队报道了在2,2'-联吡啶促进下金催化芳香重氮盐参与的C(sp)-C(sp²)和C(sp²)-C(sp²)的交叉偶联反应。在该反应体系中，无需光催化剂，无需额外添加氧化剂，芳香重氮盐就能够氧化Au(I)物种到Au(III)中间体，同时提供芳香基团参与反应。作者在5 mol% [Ph₃PAuNTf₂], 2 eq. Na₂CO₃, 20 mol% bpy和乙腈为溶剂的最优条件下，实现了各类末端炔与芳香重氮盐化合物的交叉偶联反应，并且表现出较好的官能团普适性。此外，作者使用该组发展的三氮唑-金络合催化剂顺利实现了芳基硼酸与芳香重氮盐的交叉偶联反应，以中等到优秀的收率构建了一系列偶联产物。

图2. 金催化重氮盐与炔或芳基硼酸的氧化偶联反应

为了更好的探究该反应机理，作者通过一系列的控制实验，利用³¹P NMR对反应进行监测。结果表明，在不加bpy时，[Ph₃PAuNTf₂]在芳香重氮盐2a存在下并未发生分解；[Ph₃PAuNTf₂]在与bpy共存下，能快速生成[Ph₃PAu(bpy)]⁺物种（³¹P NMR: σ 31.6 ppm）。当往[Ph₃PAu(bpy)]⁺物种中加入重氮盐时，发现该金物种分解并且随着时间增长能够得到了一类膦叶立德化合物M。当金物种完全分解后，芳香重氮盐2a也不再消耗，因此也排除了化合物M为反应中的活性中间体（图3A）。在碱性条件下，作者合成得到了炔金化合物6a。研究中发现，当反应中不加入bpy时，6a与2b在4小时后仅以22%的收率得到偶联产物3r，同时检测到[(Ph₃P)₂Au]⁺物种（图3B）。而当加入bpy时，能够以近乎当量产率得到3r，且可以检测到[Ph₃PAu(bpy)]⁺（图3C）。

图3. 基于³¹P NMR的机理研究

接着，作者通过质谱分析，发现每个反应中都能检测到偶氮金炔中间体10（图4a）；当利用2d与1b进行研究，在不加bpy时，质谱分析得到偶氮炔金中间体；而加入bpy时，质谱分析得到吡啶与金配位的Au(I)化合物11（图4b）。因此进一步证明了bpy能够活化芳基重氮盐促进N₂的离去。基于以上实验结果，作者提出了一个可能的机理（图4c）。首先芳基金或炔基金中间体被重氮氧化生成芳基偶氮三价金物种，随后bpy对偶氮活化，促进N₂离去，紧接着Au(III)中间体还原消除得到Au(I)中间体，同时得到偶联产物。针对该反应更详尽的机理，该团队还在继续探究中。上述工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，Rong Cai博士为第一作者（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8772）。

图4.基于ESI-MS的机理研究及可能的反应机理

2016年，史晓东教授团队同样利用路易斯碱活化重氮盐的策略实现了金催化Sandmeyer偶联反应，高效构建了一系列的C-X键（X = Br, S, P）化合物（图5）。作者通过NMR和ESI-MS监测对该工作的反应机理进行研究，结果发现在该反应中无需加入bpy，亲核试剂就可直接对重氮盐进行活化，生成偶氮中间体，促进N₂的离去，实现Au(I)到Au(III)的氧化，此外作者还通过质谱成功捕获到了Au(III)中间体（图6）。相关工作发表在Chem. Sci.，Haihui Peng 博士为第一作者（Chem. Sci., 2016, 7, 6190）。

图5. 金催化构建C-X键化合物研究

图6. 通过ESI-MS对Au(III)中间体的监测

随后在2017年，该团队利用类似的策略实现了金催化芳香重氮盐与烯烃，炔烃及联烯的氧化偶联反应（图7A）。作者通过实验研究发现，在该反应中利用碱活化芳香重氮盐氧化所得Ar-Au(III)的π酸活性活化一系列不饱和键，随后亲核试剂对不饱和键进行加成，接着还原消除得到芳基化的偶联产物，以及Au(I)物种；同时作者发现直接使用Au(I)催化剂不能活化该体系中的一系列活化烯烃，炔烃及联烯。作者还考察了多个不同的Au(I)催化剂在该体系中的反应速率（图7B），结果表明，配体对于反应速率影响较大（p-Me-C₆H₄)₃PAuCl> PPh₃AuCl > (p-CF₃-C₆H₄)₃PAuCl）。有趣的是，PPh₃AuNTf₂反应速率远远低于PPh₃AuCl，作者猜测其中Cl阴离子对于Au(I)的氧化步骤起着重要作用。史晓东教授及其团队对于该反应机理仍然在做进一步深入研究。相关工作发表在Chem. Eur. J.上， Boliang Dong和Haihui Peng为共同第一作者（Chem. Eur. J., 2017, 23, 11093）。

图7. 金催化芳基重氮盐与不饱和烃的氧化偶联反应

近期，史晓东教授及团队基于前面的工作基础，利用Au(I)/Au(III)氧化还原催化实现了烯丙基肟和芳基重氮的环化/芳基化过程，构建了多官能团化的异噁唑啉化合物（图8）。同样在该反应过程中，碱活化的芳基重氮盐作为氧化剂促使Au(I)到Au(III)的转化。在该反应的条件筛选过程中，作者发现烯丙基肟在光照条件下易发生分解，得不到噁唑啉产物。因此基于该组所发展的金催化烯丙基肟与芳基重氮盐的氧化偶联反应为合成异噁唑啉化合物提供一类高效的合成途径。相关工作发表在Chem. Commun.上，Abiola Azeez Jimoh博士生为第一作者（Chem. Commun., 2019, 55, 8150）。

图8. 金催化烯丙基肟构建异噁唑啉研究

史晓东教授及其团队成功利用路易斯碱活化芳基重氮盐作为氧化剂的策略实现了一系列金催化氧化偶联反应，为构建一些复杂多功能分子化合物提供了一种新的合成策略。相较于早期利用添加氧化剂或者光催化剂的金催化氧化偶联反应，该团队以碱活化重氮盐参与的金氧化偶联反应，无疑在反应条件上更温和，更经济，对环境更友好，同时为后续金催化氧化偶联反应的设计提供了新的思路。

史晓东教授简介

史晓东，美国南佛罗里达大学化学系教授，博士生导师。1994年和1997年在南开大学化学系分别获得学士和硕士学位。2002年博士毕业于美国马里兰大学化学系，师从Dr. Jeffery T. Davis。2002年至2005 年在美国加利福尼亚大学伯克利分校从事博士后研究，师从Dr. Paul Bartlett和Dr. Dean Toste。2005年受聘美国西弗吉尼亚大学化学系任助理教授，副教授，正教授（终身教职）。2014年起受聘为吉林大学唐敖庆讲座教授。2015年起受聘为美国南佛罗里达大学化学系副教授（终身教授），2017年晋升正教授。获得NIH和NSF国家自然科学基金资助。史晓东老师课题组长期以来专注于有机化学合成方法学及金属有机化学的研究，并成功开发出新型的多种三氮唑-金属络合物催化剂。研究方向主要致力于三氮唑作为金属配体的方法学研究以及其在材料和生物化学的探索。自2005建立独立课题组以来，已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem， Nature Communications, Chem. Sci. 等学术期刊发表SCI论文100多篇。

https://www.x-mol.com/university/faculty/66053