近年来，因为镍催化剂的高丰度和低成本优势，以及其在许多催化反应的应用上与钯的相似度，使得镍催化的C-H键官能化反应在碳-碳和碳-杂成键化学中扮演着很重要的角色。此外，相较于钯，镍在反应过程中还同时具有可进行单电子或双电子的氧化还原特性，使其可以实现相对于钯系统的互补官能化途径。至今，已知的镍催化的C-H官能化反应的机理是在Ni(II)中心发生C-H活化，得到Ni(II) σ-芳基或σ-烷基中间体。然后，该中间体的氧化功能化释放出产物并再生Ni(II)催化剂。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
然而，目前镍催化的底物范围要比钯要窄得多。此外，大多数镍催化反应都需要较严苛的条件（通常温度超过130°C）。所以这些局限性使得Ni(II)催化难度会比类似的Pd(II)更具挑战。近期，美国University of Michigan的Melanie S. Sanford教授在J. Am. Chem. Soc.上报道了通过高价Ni(IV)中心进行的氧化诱导C(sp3)-H键活化反应。
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他们发现该络合物可以经过与轴位烷基的C-H活化过程，将Ni(IV) σ-烷基络合物分离出来。
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此外，该反应与Ni(II)例子中大多数的C(sp3)-H活化反应相反，其可在室温下进行。
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他们通过使用密度泛函理论研究表明，这种C-H活化过程涉及两种可能的机制。分别是涉及在Ni(IV) 中间体或Ni(III)中间体上进行的三氟甲磺酸酯辅助的C-H键裂解过程，且从计算结果可见前者途径的可行性略高于后者。反应过程中，他们认为会先经过二价镍与配体轴位烷基的氧化C-H活化加成，形成Ni(IV) σ-烷基中间体。再通过Ni(IV) σ-烷基中间体与各种亲核试剂进行还原官能化反应，进而形成具有C(sp3)-X键（X = 卤，氧，氮，硫或碳基）的产物。
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该研究经由这些化学计量的转化，可以实现并证明Ni(II) / (IV)催化的C(sp3)-H官能化反应。
参考文献：Nickel(II/IV) Manifold Enables Room-Temperature C(sp3)−H Functionalization
DOI: 10.1021/jacs.9b11999
原文作者：Courtney C. Roberts, Eugene Chong, Jeff W. Kampf, Allan J. Canty, Alireza Ariafard, and Melanie S. Sanford*
