銅触媒の百年越しのメカニズム的謎を解決(Mechanistic Puzzle of Copper Catalyst)

2025-09-23 中国科学院(CAS)

ウルマン反応は銅触媒を用いた炭素–炭素や炭素–ヘテロ原子結合形成に広く利用されますが、その反応機構、とくにCu(I)/Cu(III) サイクルの実在性は長年議論されてきました。中国科学院上海有機化学研究所とUCLAの共同研究チームは、Cu(I) トリフルオロメチル錯体と電子求引性アリールヨウ化物を低温で段階的に反応させることで、Cu(I)→Cu(III)→Cu(II)→Cu(III)→Cu(I) に至る多段階酸化還元サイクルを実証しました。–20℃で酸化付加と相互プロポーション化、–10℃で不均化が進行し、常温近傍で還元消去によりCu(I)が再生される流れを、NMRやEPRなどで確認。さらに他のアリールヨウ化物やビフェニル合成にも同様の挙動が見られ、このモデルが一般的に適用可能であることを示しました。本成果は銅触媒反応の理解を大きく進展させ、有機合成触媒設計に新たな指針を与えるものです。

<関連情報>

ウルマン型カップリング反応における銅の酸化還元挙動の解読 Decoding the redox behaviour of copper in Ullmann-type coupling reactions

Yongrui Luo,Yuli Li,Botao Wu,Guangyu Wang,Jian Wu,Sheng-Ye Zhang,K. N. Houk & Qilong Shen
Nature  Published:22 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-025-09627-2

Abstract

The copper-catalysed functionalization of aryl halides is one of the most preferred methods for the formation of carbon-carbon and carbon-heteroatom bonds.1 Yet, the redox behaviour of the copper species in the catalytic cycle remains elusive and a subject of considerable debate.2 We report experimental and theoretical mechanistic investigations into the reaction of a well-defined Cu(I) complex with an electron-poor aryl iodide, which leads to the formation of an isolable Cu(III)−aryl complex, that subsequently reductively eliminates to forge a C(sp2)−CF3 bond. Our integrated experimental and theoretical findings indicate that the process proceeds through a redox sequence of Cu(I)/Cu(III)/Cu(II)/Cu(III)/Cu(I). Additionally, we managed to interrupt this sequence by temperature control and captured the reactivity of the copper species through various spectroscopic methods, facilitating in-depth mechanistic analysis. These findings shed light on the intricate behaviour of copper species and challenge the traditional mechanistic proposal for the reaction of Cu(I) with aryl iodide, thus providing fresh perspectives into the mechanistic aspect of the copper-catalysed coupling reactions.

0500化学一般
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