乙腈生產工廠彪仕奇：銅催化的乙腈作為氰化試劑的芳烴氰化反應
芳基腈化合物在很多染料、除草劑、農藥、天然產物和藥物中有著廣泛的應用。而且，氰基化合物也是一種很重要的中間體，可以用來合成醛、胺、脒、四氮唑、酰胺和相應的羧基衍生物。乙腈生產工廠彪仕奇發現，近幾十年，用過渡金屬催化的方法來合成芐腈已經取得了重大進展。與此同時，芳基鹵代物、活化的芳烴和含有導向基團的芳烴的氰化反應也有長足發展。在這些方法中，大多數都要用到金屬氰化物作為氰化試劑。而大多數氰化試劑，尤其是KCN, CuCN, Zn(CN)2和TMSCN等，都有很強的毒性。最近，作為一種替代策略，對復合氰源的研究（比如銨鹽與DMF或DMSO結合）已經引起了人們越來越多的注意。
現在，用不含導向基團的簡單芳烴為原料做芐腈的氰化反應具有很大的吸引力。這種策略避免了底物的預官能團化，更重要的是，簡單芳烴作為原料，來源也更加豐富。但是到目前為止，由于其較低的反應活性，在這個領域很少有文獻報道。在2010年，Hartwig及其同事報道了一種不經過活化的芳烴氰化方法。在這個例子中，先是銥催化C-H硼酯化，再以Zn(CN)2作為氰源在銅的作用下進行氰化反應。最近，Wang及其同事報道了用鐵催化的用一種三氟甲基芳基氰化碘代物（DFCT）作為氰源的直接氰化方法。基于對以上的思考，通過銅催化的利用乙腈為氰源的芳烴氰化反應。并且研究表明，在乙腈的活化作用中，Cu/TEMPO體系起到一個很重要的作用。
從安全和原子經濟性的角度考慮，乙腈是一種更具吸引力的氰源，因為它可以避免使用高毒性的金屬氰化物和結構復雜的親電子氰源。然而，由于相對于烷烴C-C鍵（ca. 83 kal/mol），較高的CH3-CN鍵解離能（133 kal/mol）使得這種C-C鍵的解離具有很大的挑戰性。彪仕奇最近公開了一種銅催化的含有導向基團的用乙腈作為氰源的芳基C-H鍵氰化方法。尤其值得注意的是，(Me3Si)2作為路易斯酸，在活化惰性的乙腈C-CN鍵中起著很重要的作用。基于以上的工作，可以使用CH3CN作為“CN”源進行簡單芳烴氰化反應，這個策略是通過碘化作用活化簡單芳烴，然后發生氰化反應。然而，簡單芳烴的碘化反應通常在比較苛刻的條件下發生，比如強酸、過量的氧化劑或特殊的試劑。因此，通過碘化作用，用CH3CN作為氰化試劑的一鍋法氰化反應是一種很有挑戰性的策略。
選擇現成的甲苯作為測試底物。為了確定轉化的反應條件，天津乙腈生產工廠彪仕奇測試了一系列的路易斯酸、銅催化劑和氧化劑。首先，彪仕奇發現在Cu(NO3)2.H2O/(Me3Si)2催化條件下沒有產物，與此同時，在這樣的體系中乙腈C-CN鍵成功解離釋放出CN-離子，這表明在(Me3Si)2存在下乙腈是一種很有效的氰源。因此，對碘化試劑作用下甲苯的氰化反應，彪仕奇篩選了各種路易斯酸。
令人高興的是，以NIS作為碘化試劑，在連續的碘化/氰化反應中，Yb(OTf)3顯示出很好的反應活性，得到產物3a 收率94%，鄰位和對位取代產物比例1:1.1。其他M(OTf)3鹽（M=Bi,Sc, Fe）可以有效地促進甲苯的碘化作用，但是這些三氟甲磺酸鹽對氰化作用有更差的影響。
值得注意的是，Cu(ClO4)2（10 mol %）或Cu(OTf)2（10 mol %）作為路易斯酸，不僅可以促進碘化反應，也可以促進氰化過程，分別得到91%和83%的收率，在氰化步驟中不需要其他銅催化劑，簡單高效。這個結果表明， Cu(ClO4)2和Cu(OTf)2起到三個作用：碘化反應的路易斯酸，C-CN鍵解離的的催化劑，以及促進新的C-CN鍵的形成。
更換不同的氧化劑，天津乙腈生產工廠彪仕奇發現TEMPO在這個連續轉化的反應中是表現最好的氧化劑。在以往的很多報道中是一種很好的氧化劑的Ag2CO3反應收率適中。不加(Me3Si)2，收率降到29%，這表明乙硅烷對乙腈C-CN鍵的斷裂起很重要的作用。
