中科院兰州化物所的李跃辉老师和苏州大学郑超湳老师合作报道了源于CO2和NH3的催化氰基化反应，在Cu2O/DABCO的催化下，可高效实现碘代和溴代芳烃的氰基化反应，并且通过同位素标记的CO2和NH3，可在氰基中引入13C和15N。文章发表在Chem上，题目为“Catalytic Cyanation Using CO2 and NH3”，DOI: 10.1016/j.chempr.2018.09.009。
Highlights:
卤代芳烃的高效氰化反应且无需氰基负离子参与
C和N源于CO2和NH3
可以选择性实现C和N的同位素标记
铜催化的小分子活化反应
CO2是世界上最重要和最丰富的一碳合成子，近些年来，将二氧化碳的还原与官能团化（即C-C、C-O或C-N键形成）相结合，即CO2的还原功能化策略快速发展，为CO2的化学转化利用提供了新思路。CO2并不惰性，在热力学上处于低能态，H2O、NaOH和格氏试剂等都能与其反应；但大家有时会有一种CO2是种惰性气体的误区，这是因为CO2在动力学上是稳定的，需要进行有效活化才能实现其转化。在催化剂作用下，以CO2为合成子通过构筑C-C、C-O以及C-N键可以获取多种高附加值的化工产品。 NH3也是一种十分重要的化工原料，在含氮化合物的合成当中起了关键作用。然而CO2和NH3的组合利用合成CN化合物未见相关报道。在生物体内，在酶催化下，可以由CO2和NH3合成氨甲酰磷酸（CP），这类反应都是先转化为酰胺，再脱水成氰基。受此启发，李跃辉等人设想在还原剂的作用下，CO2和NH3形成酰胺化合物，再在催化剂作用下实现芳香化合物的氰基化反应。 首先对反应条件进行筛选，以PhSiH3为还原剂、Cu2O为催化剂、DABCO为配体，在130℃下反应能以76%的收率得到目标产物，温度升高到180℃，产率可进一步提高到94%。由于180℃温度太高，后续的底物拓展温度控制在130℃。 在优化好反应条件后，对底物普适性进行了拓展，各种碘代和溴代芳烃都能以中等收率得到氰基化产物。 该反应在同位素标记化学中有很大的应用价值，利用13C和15N标记的CO2和NH3合成了[13C, 15N]-azilsartan。 基于一些机理实验，提出了可能的反应机理：首先，在PhSiH3作用下，CO2和NH3形成[Si] -N=C=O中间体c，Cu(I)对碘代芳烃氧化加成得到Cu(III)物种b，随后发生Cu/C插入反应得到中间体d，最后消除得到氰基取代的芳烃，而中间体e在硅烷还原下恢复成Cu(I)。 总结：该反应中氰基源于CO2和NH3，避免了强毒性氰基负离子的使用，而且以同位素标记的CO2和NH3为氰基源，可以选择性在氰基中引入13C和15N，这在放射化学中具有十分重要的意义。 Wang et al., Chem 4, 1–11 DOI：10.1016/j.chempr.2018.09.009
