过渡金属介导的非应变碳碳单键的活化已经从有机金属化学中的基本挑战发展成为催化有机合成的可行策略。在已知的激活C-CN键的各种过渡金属中，零价镍在化学计量和催化中得到最广泛的研究。Ni(0)可以通过氧化加成断裂CN键，并用于2-甲基-3丁烯腈(2M3BN)异构化为3-戊烯腈(3PN)的过程，这涉及杜邦的己二腈合成(方案1a)。Ni(0)配合物也已经被证实经历芳基和烷基腈的C-CN键的氧化加成。镍(0)催化的碳氰化反应的后续发展代表了有机金属反应性向催化作用的显著成功转化(方案1b)。因此，Nakao和Hiyama开发了Ni(0)-或Ni(0)/路易斯酸(LA)-催化的芳基/烯基/烷基腈、烯丙基腈、炔基腈和氰基甲酸酯/氰基甲酰胺在不饱和烃中的加成反应。还开发了Ni(0)催化的碳腈化的对映选择性变体。这些转化具有完美的原子经济性，因为合成中多用途的氰基被保留在产物中。最近，Ni(0)和Ni(0)/ LA催化体系已被Morandi及其合作者用于烷基腈和烯烃之间的转移氢氰化以及相关的转化(方案1c)。除Ni(0)外，Pd(0)催化剂也已被证明可促进使用芳酰基氰化物、氰基甲酸酯和氰基甲酰胺的碳氰化反应。

  在一些报告中，低价态的钴已经被证明经历了C-CN氧化加成。Yamamoto报道了使用钴酸盐络合物[Co(PPh₃)(N₂)]Li (Et₂O)₃化学计量裂解有机腈，这可能涉及CN氧化加成(方案2a)。李及其合作者证明了2，6-二氟苯腈与均配型钴(0)络合物Co(PMe₃)₄的C-CN氧化加成(方案2b)。Bernskoetter报告了使用类似的钴(I)络合物CoMe(PMe₃)₄(方案2c)活化乙腈的C-CN。与这些零星报告相反，低价钴络合物和有机腈的组合在腈和炔烃合成吡啶的[2 + 2 + 2]环加成的背景下得到了更广泛的探索。因此涉及C-CN活化的钴催化反应仍然难以捉摸，直到Gandon、Gosmini及其合作者最近报道了使用联吡啶催化剂、Mn还原剂和AlMe₃添加剂在芳基腈和芳基卤化物之间进行还原联芳基偶联(方案2d)。

  在此，作者报道了低价钴二膦配合物可以催化炔烃的碳氰化反应(方案2e)。由CoCl₂、1，3-双(二苯基膦基)丙烷(dppp)或其衍生物和锌粉生成的催化剂促进苯腈加成到炔烃上，以提供作为主要产物的反式芳基氰基化产物，这与镍催化的芳基氰基化中通常观察到的选择性不同。有趣的是，向体系中加入Zn(OTf)2不仅显著加速了反应，而且改变了立体选择性，有利于顺式芳基腈化产物。本催化体系还被证明对于炔烃和丙烯腈的烯基氰化以及使用丁腈作为HCN替代物进行炔烃的转移氢氰化是有效的。密度泛函理论(DFT)计算表明，目前的芳基氰基化反应通过C-CN键氧化加成、炔烃迁移性插入到Co芳基键中以及烯基(氰基)钴中间体的C-CN还原消除来进行。值得注意的是，发现还原消除通过两个竞争过渡态(TSs)进行，一个导致顺芳基氰化产物，另一个导致双键异构化后的反芳基氰化产物。后一种途径被证明可以通过相对容易的烯基(氰基)钴中间体经由金属环丙烯中间体的E/Z异构化来实现。本研究提供了对顺式/反式选择性的可能来源的深入了解，这取决于Zn(OTf)₂ 的存在与否。

结果和讨论。钴催化的炔烃的反式选择性芳氰化。

  作者使用苯甲腈 (1a) 和 5癸炔 (2a) 作为起始材料进行钴催化的腈/炔烃 [2 + 2 + 2] 环加成反应时，意外地遇到了目前的芳基氰化反应。在筛选由钴盐产生的钴催化剂时，没有观察到预期的吡啶衍生物的形成，但获得了芳基氰化产物3aa，伴随着六丁基苯（4）作为炔烃环三聚产物（表1）。由 CoCl₂ (10 mol%)、dppp (10 mol%) 和 Zn (50 mol%) 组成的催化体系促进 1a (2.5 equiv) 和 2a 在 2-甲基四氢呋喃 (2MeTHF) 中在 120°C 下反应得到3aa 的产率为 81%，E/Z 比为 4.8:1，以及少量的 4（条目 1）。温度可以降低到80°C 而不会出现明显问题（条目11和12）。在5mol%的较低催化剂下没有获得所需的产品（条目13）。当1a的量减少到1.2 equiv（条目 14）时，3aa 的产量下降。

  借助钴-dppp 催化体系，作者探索了芳基腈和炔烃的范围（方案3）。多种取代的苯腈参与了与2a的反应，以良好的收率和中等至良好的立体选择性（E/Z 比为 2.4:1 至 8.2:1）提供反式芳基氰化产物 (E)-3aa至(E)-3na。模型反应可以在7 mmol的规模上进行，以79%的收率提供产物(E)-3aa，E/Z比为 6.1:1。含有给电子基团的芳基腈表现出相对缓慢的反应性和较低的E/Z比（见 3ja和3na）。邻甲苯腈反应缓慢，以低收率得到加合物 (Z)-3oa。除苄腈衍生物外，2-萘腈和2-呋喃腈也参与了反式芳基氰化反应，分别得到(E)-3pa和(E)-3qa，具有良好的立体选择性。将 1l 添加到带有苄氧基或甲硅烷氧基的二烷基炔烃中，以良好的收率得到所需的产物 (E)3lb 和 (E)-3lc。然而，炔烃的范围被证明是有限的。根据气相色谱质谱 (GCMS) 分析，1环戊烷基-2-十六炔是一种具有略微不同的伯烷基的炔烃，显然参与了芳基氰化，但产生了四种异构体的不可分离的混合物。带有空间上不同的两个烷基的不对称炔烃，例如和4-甲基-2-戊炔和2，2-二甲基-3-辛炔，未能得到所需的产物。此外，二芳基炔烃和芳基（烷基）炔烃不会发生芳基氰化反应，而是通过 [2 + 2 + 2] 环加成反应生成吡啶和苯衍生物的混合物。

钴/Zn(OTf)₂催化的顺式选择性芳基氰化反应。

  作者研究了路易斯酸对钴催化的芳基氰化反应的影响(表2)。发现在Zn(OTf)₂ (20 mol %)存在下，使用5 mol % CoI₂/dppp和25 mol % Zn的1a (1.2当量)和2a的接近等摩尔的混合物的反应在120℃下平稳地进行(条目1)，与在没有Zn(OTf)2的类似条件下相同反应的迟缓形成对比(表1，条目14)。Zn(OTf)₂的加入将立体选择性转变为顺式，以78%的产率提供3aa，Z/E比为5.5:1，仅伴随少量的4。Yb(OTf)₃与Zn(OTf)2同样有效，但Z选择性稍低，而Sc(OTf)₃和In(OTf)₃根本不促进反应(条目24)。在通常用于Ni/LA催化的路易斯酸中，发现AlMe₂Cl有效地促进了反应，只有适中的Z/E比(条目5)。使用AlMe₃时反应更加缓慢 (条目6)，而使用BPh₃时没有观察到反应(条目7)。ZnCl ₂的加入在一定程度上促进了反应，但没有任何立体选择性(条目8)。注意，在没有路易斯酸的情况下没有反应发生，这表明在用Zn还原CoI2时产生的ZnI₂的量不足以促进反应。为了获得更高的顺式选择性，作者合成了几个带有取代苯基的dppp类似物，并测试了它们在Co/Zn(OTf)₂催化剂上的催化性能。结果，发现带有4-叔丁基的类似物(4-tBu-dppp)将Z/E比提高到9.3:1(条目9)，而其他类似物显示出相当或略低的Z/E比(条目10,12)。最后，使用4-tBu-dppp的反应可以在80℃下进行，同时保持效率和Z/E比(条目13)。

  然后，作者探索了使用Co/Zn(OTf)₂催化体系的顺式选择性芳基氰化的范围(方案4)。各种取代的苯腈加成到2a上，以良好的产率和中等至良好的立体选择性(Z/E比为2.4:1至12:1)得到所需的顺式芳基氰基化产物(Z)-3aa至(Z)-3oa，少数情况除外。因此，对乙酰苄腈提供反式芳基氰基化产物(E)-3ea作为主要产物，E/Z比为4.2∶1。此外，在3，5-二氟苯腈的反应中没有观察到立体选择性(3la)。总的趋势是，富电子的芳基腈(3ha、3ja和3na)比缺电子的芳基腈(3ba和3ka)表现出明显更高的Z选择性，而它们的反应更缓慢，在某些情况下，需要升高100°C的反应温度(见3ga和3ja)。同样，该模型反应是可放大的，在7 mmol规模上以良好的产率和立体选择性提供(Z)-3aa。2-萘甲腈参与反应，以优异的产率和Z/E比(17:1)得到产物(Z)-3pa，而2-呋喃甲腈得到主要产物(E)-3qa。1p与带有苄氧基、羟基和氯基的二烷基炔烃反应，以高产率和高立体选择性(Z/E > 10:1)得到所需的顺式-加合物(Z)-3pb到(Z)-3pd。

  烯基氰化。作者将注意力转向使用有机腈而不是芳基腈的碳腈化反应。1-环己烯腈(5a)与2a在Co/Zn(OTf)₂催化体系下的反应以56%的产率提供了顺式烯基氰基化产物(Z)-6aa，Z/E比为6.7:1(方案5a)。与芳基氰基化不同，Co-dppp体系的使用没有改变反应的立体选择性，但提供了具有较低Z/E比(2.5:1)。β，β-二取代丙烯腈在Co/Zn(OTf)₂体系下也能顺利反应，高产率地得到产物(Z)-6ba和(Z)-6ca，而在Co-dppp体系下，同样的底物反应立体选择性差。反式肉桂腈(5d)高产率地提供了烯基腈化产物6da，但没有立体选择性。此外，与镍催化的烯丙基氰化相反，烯丙基氰与2a在Co/ Zn(OTf)₂体系下的反应提供了中等Z/E比的烯基氰化产物7，可能是通过CN活化前的双键异构化(方案5b)。在Co-dppp和Co/Zn(OTf)₂体系中，使用苄基氰和氰甲酸盐的尝试都没有产生相应的碳氰化产物。

  炔烃的转移氢氰化。在任何一种现有的催化体系下，使用乙腈(MeCN)对2a进行碳腈化的尝试都没有得到所需的产物。另一方面，在稍微改进的Co/Zn(OTf)2催化体系下，丁腈(4当量)和2a之间的反应导致转移氢氰化，以良好的产率提供Z/E比为4.7∶1的丙烯腈衍生物8a(方案6)，而在不存在Zn(OTf)₂时没有观察到反应。甲硅烷基取代的炔烃也参与转移氢氰化反应，以提供相应的产物8b-d。将其扩展到烯烃如苯乙烯的尝试是徒劳的，没有提供任何所需的氢氰化产物。

  总之，作者开发了由低价钴二膦催化剂促进的炔烃芳基氰化反应。与镍催化的芳基氰基化不同，镍催化的芳基氰基化无论路易斯酸助催化剂存在与否都表现出顺式选择性，简单的钴dppp催化剂促进各种芳基腈的反式选择性加成，具有中等至良好的立体选择性。向该体系中加入Zn(OTf)₂作为助催化剂不仅促进了使用接近化学计量量的芳基腈的反应，而且将立体选择性转向顺式芳基腈化产物Co/Zn(OTf)₂催化体系对炔烃与链烯基氰化物的链烯基氰化以及使用廉价的丁腈作为HCN替代物的炔烃的转移氢氰化是有效的。

DOI:10.1021/acscatal.2c00181