（杂）芳基卤化物的羰基化转化广泛用于化学合成中，用于制备官能团化的芳香化合物。1974年，Heck课题组首次报道了钯催化的（杂）芳基卤化物的酰胺化，但该转化需要昂贵的钯催化剂和膦配体，限制了其进一步应用。金属羰基配合物如Co2(CO)8可以通过相转移催化或可见光促进实现催化（杂）芳基卤化物的羰基化转化，尤其是烷氧基羰基化。在这些反应中，通过强碱性条件原位生成四羰基钴酸盐（Co(CO)4-）作为活性催化剂，然而醇盐的应用对使用其他亲核试剂提出了挑战。迄今为止，钴催化的分子间酰胺化研究鲜有报道（Figure 1）。此外，对于通过钴酸盐催化剂活化（杂）芳基底物的机理仍是未知的。近日，美国北卡罗来纳大学教堂山分校Erik J. Alexanian课题组在可见光/钴催化下利用各种胺亲核试剂实现了亲电试剂如（杂）芳基氯化物的酰胺化并阐述了其反应机理，该成果发表于近期Chem. Sci.（DOI: 10.1039/D0SC02178D）。
（图片来源：Chem. Sci.）
首先，作者以哌啶为亲核试剂进行了1-溴-4-甲氧基苯（1）的酰胺化反应（Table 1）。在390 nm LED照射下，利用羰基配合物Co2(CO)8与2 eq.四甲基哌啶（TMP）组合可以几乎定量收率得到预期酰胺化产物，而用10 mol %钴酸盐催化剂K[Co(CO)4]同样有效。将Mn2(CO)10或CoCl2代替Co2(CO)8后不能进行酰胺化；将紫光LED（390 nm）换为蓝光LED（427 nm）、环境光或黑暗条件导致收率显著降低；将CO压力由2 atm降至1 atm会降低反应效率；缩短反应时间至20 h会导致转化不完全。对照实验表明，不加TMP会降低反应效率，并且不存在Co2(CO)8时不发生反应。
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接下来，作者以哌啶为亲核试剂考察了各种（杂）芳基和乙烯基亲电试剂的底物范围（Figure 2）。富电子和电中性芳基亲电试剂均以良好的定量收率进行酰胺化反应。芳基三氟甲磺酸酯与芳基溴的反应活性相当。对于多种底物，在370 nm处照射反应效率有所提高。缺电子芳基溴化物也是进行酰胺化的良好底物。环辛烯基溴化物19和(E)-(2-溴乙烯基)苯20分别以94%和50%（76:24 E:Z）的收率得到酰胺化产物，表明卤代乙烯基底物也是可行的。
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随后，作者还考察了几类常见的杂环溴化物如溴代吡啶、3-溴呋喃、6-溴喹啉和溴代（氮杂）吲哚，均以良好至优异的收率得到相应的酰胺产物。总之，钴催化的（杂）芳基和乙烯基溴的酰胺化反应表现出广泛的底物适用范围（Figure 2，top）。（杂）芳基氯化物应用更广泛且成本更低，是进行羰基化的优势底物。因此，作者探讨了（杂）芳基氯化物在酰胺化中的应用（Figure 2，bottom）。尽管反应效率低于溴化物，但多种氯化物底物可以实现转化。延长反应时间和增加催化剂负载量后，氯苯的酰胺化收率有所提高（44%），而在标准条件下2-氯萘的收率较高（80%）。缺电子芳基氯化物的酰胺化反应与其溴化物的对应物类似，而富电子芳基氯化物的反应转化率低。此外，作者还评估了亲核试剂的底物范围。伯胺、环状和非环状仲胺均可以良好至优异的收率得到相应的苯甲酰胺。利用氨基甲酸铵作为原位氨源的酰胺化反应可产生酰胺45（46%）。然而，（杂）芳基亲电试剂与氨的催化羰基化偶联仍然充满挑战。当用2,2,2-三氟乙醇/Ph3SiCo(CO)4作为催化剂时，烷氧化羰基化收率为69%；当用KOH作为亲核试剂、KCo(CO)4作为催化剂时，羧化反应收率为82%。
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尽管钴催化剂在sp2 C-X亲电试剂的羰基化官能团化中具有明显的潜力，但其机理尚不明确。为了深入了解该转化，作者对溴苯、KCo(CO)4以及两种化合物在THF中的组合进行了紫外-可见光谱测定（钴离子浓度为10 μM）。当将两种物质混合后，观察到吸光度增加（λmax=275 nm，Figure 4），该峰可能是由溴苯和钴酸盐形成的供体-受体复合物的吸收而产生的，这为通过钴酸盐催化进行的光促活化的复合物提供了支持。
（图片来源：Chem. Sci.）
最后，作者提出了钴催化的酰胺化的反应机理（Scheme 1）。首先，通过加入胺或TMP将Co2(CO)8转化为钴阴离子。随后，活性钴酸盐与（杂）芳基或乙烯基亲电基团配位，再进行光促进的供体-受体复合物的电荷转移。然后，通过SRN1机理脱卤（或三氟甲磺酸酯）产生自由基对在溶剂笼中重新结合形成（杂）芳基或乙烯基钴，其经CO迁移插入产生酰化钴，最后被胺亲核试剂取代得到目标产物并再生催化剂。
（图片来源：Chem. Sci.）
结语：
Erik J. Alexanian课题组报道了一种在可见光照射下通过简单的钴催化剂催化的（杂）芳基卤化物的酰胺化方法，该方法可以扩展到（杂）芳基氯化物的使用，并且成功用于多种胺亲核试剂。机理研究结果与通过分子间电荷转移进行的反应一致，该反应涉及底物和钴酸盐催化剂的供体-受体配合物。
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