直链烷基苯是工业上表面活性剂、清洁剂、塑料和精细化学品的基本前体，其全球市场价值超过77.5亿美元。在直链烷基苯的现代工业合成方法中，其烷基化步骤是由碳阳离子中间体重排而来，这样会导致支链烷基苯异构体的生成，从而得到混合物。因为支链烷烃更能抵抗生物降解，它们作为表面活性剂和洗涤剂被使用造成了大量的湖泊和海洋污染。过渡金属催化反马氏芳基化反应可生成烷基苯，铱、钌和铂系均能催化苯（1）与丙烯（2）反应生成活性中等的烷基苯混合物（3和4），异构体比例接近1:1（Fig. 1b）。以未活化的烯烃与缺乏导向基团的芳烃出发，高选择性地生成线性产物即反马氏加成产物还没有报道（Fig. 1a）。

（来源：Nature Chemistry）

近日，美国加州大学伯克利分校的John F.Hartwig课题组和日本京都大学Yoshiaki Nakao 课题组合作报道了在含有超大N-杂环卡宾（NHC）的镍配合物催化下，以高产率和极高的线性/支链选择性（在大多数情况下，大于50:1）实现电中性的芳烃对未活化烯烃的反马氏氢芳基化（Fig. 1c）。该成果发表在Nature Chemistry上（DOI: 10.1038/s41557-019-0409-4）。

初步研究表明，在[Ni(COD)₂]（COD，环辛烷-1,5-二烯）与NHC配体IPr（L1, Fig. 2）催化下，苯（1）与1-癸烯（5）反应的线性/支链选择性比率达到19:1。该反应在[L1–Ni(η⁶-C₆H₆)]催化下生成微量氢芳基化产物6。由更具空间位阻的配体IPr^*（L2）及IPr^*OMe（L3）催化该反应，TON略有提高。以3,5-二甲基苯基（L4）或3,5-二乙基苯基（L5）的取代进一步改变NHC侧臂上芳香环，可以更高产率得到氢芳基化产物。并且，当使用L4或L5时，线性/支链选择性得到前所未有的提高，达到>50:1。

（来源：Nature Chemistry）

接着，作者扩展了苯与一系列未活化烯烃的加成反应（Table 1）。[L4–Ni(η⁶-C₆H₆)]、[L5–Ni(η⁶-C₆H₆)]平行催化苯（1）与反式-4-辛烯（7）的反应，均以较高产率形成了正烷基化产物。与此一致的是，顺/反式2-己烯（8）和顺/反式3-己烯（9）的混合物反应得到了产率为98%的正烷基化产物。α位末端含取代基的烯烃在24小时内完全转化，α位含叔碳（10）和季碳（11）的烯烃均以大于90%的产率生成烷基芳烃。在该反应条件下，受保护的伯醇（12）和乙烯基硅氧烷（13）均能耐受。叔丁基烯（14）与苯在标准条件下仅需1 h即几乎定量地完成反应。在不添加NaH和Na(acac)的情况下，产物的产率几乎不受影响。在反应体系中加入碱可以去除微量水，从而减少催化剂用量。使用碱作为添加剂时，只需0.3 mol%催化剂便能以85%的产率得到加成产物；不加碱时，产率只能达到6%。芳烃考察结果表明，各种电中性、富电子和缺电子的芳烃均能与未活化烯烃进行氢芳基化反应。烯烃14与甲苯反应生成正烷基芳烃（15）。烯烃11与二甲苯异构体在空间位阻最小的位置反应，得到中等产率的产物（16，17）。更多缺电子的氟代芳烃也能以高产率进行反应（18-21）。最后，含有侧链烯烃的芳烃（22）通过分子内反应以86%的产率生成了四氢萘产物（23）（核磁产率），没有观察到五元环环化产物形成。

（来源：Nature Chemistry）

作者通过机理实验对镍配合物进行了表征，确定该反应的限速步骤是还原消除形成C-C键。理论计算研究结果表明，传统的空间位阻有利于还原消除这一观点不适用于这个体系。活性最高的催化剂的L4配体中含多个芳基，但这并没有加速空间排斥反应的还原消除，而是产生了有利的静电相互作用，L4配体中大量的甲基导致了有利的伦敦分散相互作用和较低的畸变能。作者实验结果和之前的报告一致并提出了未活化烯烃氢芳基化反应的整体催化循环（Fig. 3）。

（来源：Nature Chemistry）

小结：作者第一次报道了未活化烯烃与未官能化芳烃的高效率、高选择性反马氏氢芳基化反应，该类反应有着良好的产率，甚至内烯烃也能反应生成正烷基芳烃。该反应所用的镍催化剂中含有一个大空间位阻的NHC配体。计算研究的结果表明，大的NHC配体的吸引作用，而不是空间位阻，导致了镍-卡宾配合物的高活性。