过渡金属催化选择性C–H官能化，是近代有机合成化学中最实用且功能最强大的工具。过去，最常使用的金属催化剂多为第二排和第三排的过渡金属，而它们的稀缺性却总是一个需要解决的问题。在这种情况下，采用存量丰富且毒性较低的方法，即3d金属催化剂的使用，就变成一个很好的选项。其中，由于镍催化剂的几种独特性能，使其在过去几年中成为了各种催化方法中的有效方案。然而，镍催化的对映选择性C–H活化报导至今仍然很少见，因为在大多数情况下，镍催化剂的反应性对底物和配体是高度敏感的，从而导致底物范围狭窄和且可使用的手性配体选择相对有限。
图片来源：Chem. Sci.
为深入探讨这个问题，最近，山东师范大学的陈德展教授、刘建标副教授和Georg-August-Universitat 的Lutz Ackermann教授在Chem. Sci.上发表了通过密度泛函理论（DFT）计算进行得镍催化对咪唑的对映选择性C–H环化的机理研究。
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从该研究结果可见，反应对p-烯丙基镍（II）促进的s-络合物辅助复分解（s-CAM），以及镍（0）催化的氧化加成（OA）机理都是不利的。
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此外，除了通常提出的配体到配体的氢转移（LLHT）机理外，他们认为反应还可能通过非常规的s-CAM机理进行。该机理涉及了通过P-H的氧化加成/迁移插入，从JoSPOphos配体向烯烃的氢转移，进而通过s-CAM激活C(sp2)–H并进行C–C还原消除过程。
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重要的是，基于这种新机制的计算结果，确实可以重现实验观察到的对映选择性。此外，也可以通过逐步的氢转移使活性镍（0）催化剂再生，从而让对位烯丙基镍（II）配合物的催化活性合理化，这部分也已通过实验结果得到证实。
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所以，该计算研究揭示了在反应过程中，JoSPOphos的次膦氧化物（SPO）单元的几个重要作用。
参考文献：Understanding the unique reactivity patterns of nickel/JoSPOphos manifold in the nickel-catalyzedenantioselective C–H cyclization of imidazoles
Chem. Sci. 2020, DOI: 10.1039/d0sc04578k
原文作者：Jian-Biao Liu,* Xin Wang, Antonis M. Messinis, Xiao-Jun Liu, Rositha Kuniyil, De-Zhan Chen* and Lutz Ackermann*
