自从1959年瓦克法被发现以来，过渡金属催化的烯烃功能化工艺已经发展成为一个新兴的领域，由于可以方便地从容易获得的原料中获得高附加值产品，因此引起了工业界和学术界的越来越多的关注。在过去的几十年里，已经发明了许多烯烃官能化的活化模式。然而，大量的反应仍然缺乏通用性，需要精心设计的底物。

稀土络合物具有多种反应性，因为它们具有硬和软的路易斯酸性，因此受到了广泛的关注。自2000以来，人们已经发明了许多催化烯烃官能化的Re催化剂。2004年，Toste小组报道了一种耐空气和耐湿的Re(V)催化剂，用于从糖类合成2-脱氧-α-糖苷(方案1A)。在2009年，Kuninobu和Takai描述了Re(0)催化的苯酚和烯烃在150℃下的区域选择性氢芳基化反应(方案1C)。在2013年，Wang和他的同事公开了一种由Re(0)催化剂实现的烷氧基化反应(方案1B)。Li课题组发明了Re(III)催化的烯醇内酯和有机卤化镁之间的芳基化-酰化环化反应。然而，前面的大多数例子使用的是相对较低的氧化态的Re催化剂，并且底物范围有限(富电子的烯烃)。在这里，作者描述了一种结合最高氧化态Re(VII)催化剂的方法用HFIP(Re₂O₇/HReO₄)作为活化未活化烯烃的通用平台，在相对温和的反应条件下(方案1D)实现了具有挑战性的含不同芳烃的缺电子苯乙烯的分子间氢芳基化反应。

作为作者使用Re₂O₇/HReO₄和HFIP来生成和稳定原本不稳定的碳正离子的持续努力的一部分，碳正离子由醇通过高铼酸酯形成，作者推测该催化系统也可以用作激活缺电子的苯乙烯的通用工具：双键质子化将产生通过与高铼酸根离子和HFIP相互作用而稳定的卡宾离子。这种相互作用可能会潜在地减少苯乙烯的不希望发生的阳离子齐聚反应，以促进它们与各种芳烃的分子间氢芳基化。这是一个极具挑战性的过程(以前只能在高温下使用大量的强Lewis酸或高度腐蚀性的Brnsted酸)并且可以方便地获得各种特殊功能化的1,1-二芳基烷烃，由于它们的独特性质，它们在医药(、农业化学和材料科学中有多种应用图1)。

为了验证这一假设，作者选择了在HFIP中由用Re₂O₇催化的苯乙烯1a与3当量的对二甲苯(2a)的反应。令作者高兴的是，反应在室温下进行，并在2小时内完成，产率为93%(表1，条目1)。这一结果优于唯一的一个先例方案，在相同的底物温度下，以4当量的2a在80℃下得到63%的产率。增加芳烃亲核试剂的当量并没有显著提高产率(条目2−3)，而降低芳烃亲核试剂的当量导致产率显著降低(条目4−5)。HReO₄也是一种可行的催化剂，当使用5%的催化剂负载量时，可以获得类似的产率(条目6)；然而，其他Re催化剂无效(条目7−9)。Re₂O₇/HReO₄和HFIP对反应都是关键的；HFIP单独(条目10)，用其他普通溶剂取代HFIP(条目11−17)，以及其他醇类溶剂(包括氟化醇)不会导致大量目标产物的形成。考虑到HFIP在水合反应中提高催化效率方面的潜在作用，作者测试了一些传统的路易斯酸和Brnsted酸。当使用10倍以上的催化剂时，腐蚀性很强的TfOH对反应的催化程度相同；然而，TfOH催化转化的反应活性对两个偶联对上的取代基很敏感，经常由于苯乙烯的齐聚而导致产率降低。

有了优化的反应条件，作者接下来评估了各种芳烃在1a的氢芳基化反应中的反应活性(表2)。一般来说，具有不同烷基取代基数的芳烃是高活性底物，在标准条件下反应，在室温下反应2 h，产率可达97%(3b−3i)。区域选择性随烷基团大小的增加而增加，在叔丁基(3b−3d)的情况下得到单一的区域异构体。大多数羟基(3j−3k)、甲氧基(3l−3p)和卤素(3o−3p)取代芳烃在标准条件下反应平稳，而一些在室温下反应迟缓(3q−3s)，需要加热到80℃才能在合理的时间内完成反应。尽管需要加热到80℃，但噻吩酮(3t)也是一种可行的底物。1,1,4,4-Tetramethyl-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene(3u)是一种具有挑战性的底物，需要用5%的Re₂O₇加热到100 ℃才能获得良好的产率。事实证明，单取代卤代芳烃是一种具有挑战性的底物，1a的二聚化反应超过了氢芳基化反应；然而，当使用更缺乏电子的苯乙烯时，可以获得中等产率(30−50%)，并且比卤代芳烃更失活的芳烃超出了这种转化的范围。

然后在存在各种拉电子基团的情况下探索低活性的苯乙烯的范围(表3)。对位(3a)、间位(4b)或邻位(4c)上带有三氟甲基(−CF3)的苯乙烯都是反应底物，它们与对二甲苯在标准条件下进行氢芳化反应，以良好到极好的产率合成产物。有趣的是，适度吸电子的酯(−CO₂Me)基团略微延缓了反应，因此需要更长的反应时间(4d)。作者推测这是由于与HFIP的氢键作用，使得酯基成为比−CF3基团更强的吸电子基团。此外，在−CF3取代的苯乙烯中添加额外的卤基(即使只是微弱的吸电子)，在室温下完全不反应，需要加热到80℃才能恢复反应。重要的是，在合理的时间内获得了良好的产量(4e)。这一结果表明，在室温下表现出显著反应活性的取代基的截止值是−CF3基团。对于具有羧酸取代基(4f)的苯乙烯，也需要适当的加热。当Re₂O₇作为催化剂时，更多的电子失活的底物，如对磷酸基苯乙烯(4g)、对磺酰基苯乙烯(4h)、对硝基苯乙烯(4i)和五氟苯乙烯(4j)，即使在高温下也反应迟缓。幸运的是，这个问题可以通过改用更便宜的Re来源(HReO₄)来解决。最后，该反应不仅限于末端烯烃，而且在适当的加热条件下，内部烯烃(4k−4m)也能有效地反应。 

为了测试这种方法的合成潜力，作者对底物4d进行了克级反应。与小规模反应相比，产率略有降低，可以通过简单的蒸馏从反应混合物中回收HFIP，然后重复使用。作者还以易得化合物9和1,1,4,4-tetramethyl-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene(5)为起始原料，通过简单的分子间氢芳基化反应，以60%的总收率合成了异构体选择性维甲酸受体激动剂8(方案2)。据作者所知，这是该化合物最直接的合成方法。以前通过过渡金属催化的氢芳基化反应获得该化合物需要5的额外C−H硼化反应，进一步支持Re₂O₇/HFIP组合在烯烃功能化中的能力。 

为了进一步了解该反应的活化模式，作者进行了密度泛函计算。在理论计算中研究了苯乙烯1a和2a的氢芳基化反应，相应的计算吉布斯自由能分布如图2所示。从催化剂Re₂O₇开始，需要一个水解步骤将Re₂O₇转化为HReO₄，在接下来的步骤中将烯基质子化。从HReO₄出发，烯烃的质子化是在两个HFIP分子的辅助下进行的，如TS1，其势垒为16.8kcal/mol。这导致了全苯酯Int1，相对于1a加HReO4，它的势垒为1.4千卡/摩尔。计算得到(HFIP)2到Int1的配位比为1.9kcal/mol。此外，作者考虑了单分子HFIP(TS1A)和无HFIP(TS1B)辅助烯烃质子化的可能性，但计算的势垒分别比TS1高3.2千卡/摩尔和3.7千卡/摩尔。此外，用Re₂O₇和水分子质子化烯烃的能量要高得多，进一步证实了水解过程的必要性。值得注意的是，还研究了对Stylene1a的区域选择性。

综上所述，作者描述了一种在HFIP中通过Re₂O₇/HReO₄催化未活化烯烃的新的活化方法，以及它在挑战电子失活的苯乙烯与各种芳烃亲核试剂的分子间氢芳基化反应中的成功应用。通过密度泛函理论计算和氚标记实验，阐明了这种转变的详细机理。作者预计，这种方法将丰富合成化学家的工具箱，以方便地构建1,1-二芳基烷烃。从更广泛的角度来看，作者设想Re₂O₇/HFIP组合可以作为发现新的烯烃官能化的烯烃活化的一般模式。

https://doi.org/10.1021/acscatal.2c01223

ACS Catal. 2022, 12, 5857−5863