钴催化的C-H氰化：洞察反应机理和伦敦分散的作用

羧酸盐辅助的钴（III）催化的C-H氰化物是合成（杂）芳族腈的高效方法。我们现在已经通过密度泛函理论和实验计算地详细分析了不同取代的2-苯基吡啶的氰化。基于我们的研究，我们提出了这种转变的合理反应机制，这与实验观察结果一致。对于2-苯基吡啶的模型氰化，其他计算（包括NCIPLOT，色散相互作用密度和局部能量分解分析）进一步强调了伦敦分散是实现这种具有挑战性的C-H转化的重要因素。

关键词： 催化; C-H激活; 密度泛函理论; 伦敦分散; 反应机制

长期以来，大而笨重的取代基直观地被认为是通过不利的空间相互作用来发挥作用，尽管伦敦分散 - 范德瓦尔斯相互作用的吸引力部分 - 已有100多年的历史[1,2]。C-H···H-C相互作用的稳定性及其对有机转化的重要性仅在过去几十年才得到充分发挥[3]。其中，这些相互作用解释了六芳基乙烷谜[4]并且是单键结合的金刚烷二聚体的高稳定性的原因，导致非常长的C-C键[5,6]，或者在tris中非常短的H···H接触（ 3,5- 二叔丁基苯基）甲烷[7]。除了对有机结构的显着影响外，分散还可以影响化学转化的结果。推测是由于在[4 + 2]环加成的苄基过渡态中两个金刚烷基之间有吸引力的分散相互作用（方案1），优先形成看似空间上更受阻的产物

与其他非共价相互作用类似[9-11]，伦敦分散也可在不同的过渡金属催化反应中发挥关键作用[12-17]。富含C-H的二-1-金刚烷基氧化膦（一种典型的分散元素）在实验上被发现是钌和钯催化的C-H官能化的优良前配体[18-23]。同样，计算研究揭示了钯催化交叉偶联反应中分散效应的重要性[24-27]。例如，伦敦分散（高达37 kcal mol -1）对Pd（PPh 3）4体系内配体解离过程的影响很大[25]。此外，只有从色散校正密度泛函理论[28,29]得到的结果与实验观察结果一致，并且分散将活化自由能降低了多达30 kcal mol -1 [27]。

目前，伦敦分散在催化中的战略应用仍然很难实现，因此，对分散如何影响有机反应的详细见解继续受到高度需求。因此，我们计算分析了最近开发的芳烃的钴催化C-H氰化（方案2）[30-34]。可以设想分散效应在该系统中非常重要，因为相对富含C-H的配体Cp *可以与钴络合物内的两种底物相互作用。2015年，Li和Ackermann提出了方案2中所示的催化循环（C-H共同化，配体配位，插入），这是本研究的起点[30]。。我们现在报告我们的计算结果，支持新的动力学研究，以建立这种合成有用的C-H激活的反应机制，并阐明伦敦分散在这些转化中的作用。