自從1959年瓦克法被發現以來，過渡金屬催化的烯烴功能化工藝已經發展成為一個新興的領域，由于可以方便地從容易獲得的原料中獲得高附加值產品，因此引起了工業界和學術界的越來越多的關注。在過去的幾十年里，已經發明了許多烯烴官能化的活化模式。然而，大量的反應仍然缺乏通用性，需要精心設計的底物。

稀土絡合物具有多種反應性，因為它們具有硬和軟的路易斯酸性，因此受到了廣泛的關注。自2000以來，人們已經發明了許多催化烯烴官能化的Re催化劑。2004年，Toste小組報道了一種耐空氣和耐濕的Re(V)催化劑，用于從糖類合成2-脫氧-α-糖苷(方案1A)。在2009年，Kuninobu和Takai描述了Re(0)催化的苯酚和烯烴在150℃下的區域選擇性氫芳基化反應(方案1C)。在2013年，Wang和他的同事公開了一種由Re(0)催化劑實現的烷氧基化反應(方案1B)。Li課題組發明了Re(III)催化的烯醇內酯和有機鹵化鎂之間的芳基化-�；�環化反應。然而，前面的大多數例子使用的是相對較低的氧化態的Re催化劑，并且底物范圍有限(富電子的烯烴)。在這里，作者描述了一種結合最高氧化態Re(VII)催化劑的方法用HFIP(Re₂O₇/HReO₄)作為活化未活化烯烴的通用平臺，在相對溫和的反應條件下(方案1D)實現了具有挑戰性的含不同芳烴的缺電子苯乙烯的分子間氫芳基化反應。

作為作者使用Re₂O₇/HReO₄和HFIP來生成和穩定原本不穩定的碳正離子的持續努力的一部分，碳正離子由醇通過高錸酸酯形成，作者推測該催化系統也可以用作激活缺電子的苯乙烯的通用工具：雙鍵質子化將產生通過與高錸酸根離子和HFIP相互作用而穩定的卡賓離子。這種相互作用可能會潛在地減少苯乙烯的不希望發生的陽離子齊聚反應，以促進它們與各種芳烴的分子間氫芳基化。這是一個極具挑戰性的過程(以前只能在高溫下使用大量的強Lewis酸或高度腐蝕性的Brnsted酸)并且可以方便地獲得各種特殊功能化的1,1-二芳基烷烴，由于它們的獨特性質，它們在醫藥(、農業化學和材料科學中有多種應用圖1)。

為了驗證這一假設，作者選擇了在HFIP中由用Re₂O₇催化的苯乙烯1a與3當量的對二甲苯(2a)的反應。令作者高興的是，反應在室溫下進行，并在2小時內完成，產率為93%(表1，條目1)。這一結果優于唯一的一個先例方案，在相同的底物溫度下，以4當量的2a在80℃下得到63%的產率。增加芳烴親核試劑的當量并沒有顯著提高產率(條目2?3)，而降低芳烴親核試劑的當量導致產率顯著降低(條目4?5)。HReO₄也是一種可行的催化劑，當使用5%的催化劑負載量時，可以獲得類似的產率(條目6)；然而，其他Re催化劑無效(條目7?9)。Re₂O₇/HReO₄和HFIP對反應都是關鍵的；HFIP單獨(條目10)，用其他普通溶劑取代HFIP(條目11?17)，以及其他醇類溶劑(包括氟化醇)不會導致大量目標產物的形成�？紤]到HFIP在水合反應中提高催化效率方面的潛在作用，作者測試了一些傳統的路易斯酸和Brnsted酸。當使用10倍以上的催化劑時，腐蝕性很強的TfOH對反應的催化程度相同；然而，TfOH催化轉化的反應活性對兩個偶聯對上的取代基很敏感，經常由于苯乙烯的齊聚而導致產率降低。

有了優化的反應條件，作者接下來評估了各種芳烴在1a的氫芳基化反應中的反應活性(表2)。一般來說，具有不同烷基取代基數的芳烴是高活性底物，在標準條件下反應，在室溫下反應2 h，產率可達97%(3b?3i)。區域選擇性隨烷基團大小的增加而增加，在叔丁基(3b?3d)的情況下得到單一的區域異構體。大多數羥基(3j?3k)、甲氧基(3l?3p)和鹵素(3o?3p)取代芳烴在標準條件下反應平穩，而一些在室溫下反應遲緩(3q?3s)，需要加熱到80℃才能在合理的時間內完成反應。盡管需要加熱到80℃，但噻吩酮(3t)也是一種可行的底物。1,1,4,4-Tetramethyl-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene(3u)是一種具有挑戰性的底物，需要用5%的Re₂O₇加熱到100 ℃才能獲得良好的產率。事實證明，單取代鹵代芳烴是一種具有挑戰性的底物，1a的二聚化反應超過了氫芳基化反應；然而，當使用更缺乏電子的苯乙烯時，可以獲得中等產率(30?50%)，并且比鹵代芳烴更失活的芳烴超出了這種轉化的范圍。

然后在存在各種拉電子基團的情況下探索低活性的苯乙烯的范圍(表3)。對位(3a)、間位(4b)或鄰位(4c)上帶有三氟甲基(?CF3)的苯乙烯都是反應底物，它們與對二甲苯在標準條件下進行氫芳化反應，以良好到極好的產率合成產物。有趣的是，適度吸電子的酯(?CO₂Me)基團略微延緩了反應，因此需要更長的反應時間(4d)。作者推測這是由于與HFIP的氫鍵作用，使得酯基成為比?CF3基團更強的吸電子基團。此外，在?CF3取代的苯乙烯中添加額外的鹵基(即使只是微弱的吸電子)，在室溫下完全不反應，需要加熱到80℃才能恢復反應。重要的是，在合理的時間內獲得了良好的產量(4e)。這一結果表明，在室溫下表現出顯著反應活性的取代基的截止值是?CF3基團。對于具有羧酸取代基(4f)的苯乙烯，也需要適當的加熱。當Re₂O₇作為催化劑時，更多的電子失活的底物，如對磷酸基苯乙烯(4g)、對磺�；�苯乙烯(4h)、對硝基苯乙烯(4i)和五氟苯乙烯(4j)，即使在高溫下也反應遲緩。幸運的是，這個問題可以通過改用更便宜的Re來源(HReO₄)來解決。最后，該反應不僅限于末端烯烴，而且在適當的加熱條件下，內部烯烴(4k?4m)也能有效地反應。 

為了測試這種方法的合成潛力，作者對底物4d進行了克級反應。與小規模反應相比，產率略有降低，可以通過簡單的蒸餾從反應混合物中回收HFIP，然后重復使用。作者還以易得化合物9和1,1,4,4-tetramethyl-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene(5)為起始原料，通過簡單的分子間氫芳基化反應，以60%的總收率合成了異構體選擇性維甲酸受體激動劑8(方案2)。據作者所知，這是該化合物最直接的合成方法。以前通過過渡金屬催化的氫芳基化反應獲得該化合物需要5的額外C?H硼化反應，進一步支持Re₂O₇/HFIP組合在烯烴功能化中的能力。 

為了進一步了解該反應的活化模式，作者進行了密度泛函計算。在理論計算中研究了苯乙烯1a和2a的氫芳基化反應，相應的計算吉布斯自由能分布如圖2所示。從催化劑Re₂O₇開始，需要一個水解步驟將Re₂O₇轉化為HReO₄，在接下來的步驟中將烯基質子化。從HReO₄出發，烯烴的質子化是在兩個HFIP分子的輔助下進行的，如TS1，其勢壘為16.8kcal/mol。這導致了全苯酯Int1，相對于1a加HReO4，它的勢壘為1.4千卡/摩爾。計算得到(HFIP)2到Int1的配位比為1.9kcal/mol。此外，作者考慮了單分子HFIP(TS1A)和無HFIP(TS1B)輔助烯烴質子化的可能性，但計算的勢壘分別比TS1高3.2千卡/摩爾和3.7千卡/摩爾。此外，用Re₂O₇和水分子質子化烯烴的能量要高得多，進一步證實了水解過程的必要性。值得注意的是，還研究了對Stylene1a的區域選擇性。

綜上所述，作者描述了一種在HFIP中通過Re₂O₇/HReO₄催化未活化烯烴的新的活化方法，以及它在挑戰電子失活的苯乙烯與各種芳烴親核試劑的分子間氫芳基化反應中的成功應用。通過密度泛函理論計算和氚標記實驗，闡明了這種轉變的詳細機理。作者預計，這種方法將豐富合成化學家的工具箱，以方便地構建1,1-二芳基烷烴。從更廣泛的角度來看，作者設想Re₂O₇/HFIP組合可以作為發現新的烯烴官能化的烯烴活化的一般模式。

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

ACS Catal. 2022, 12, 5857?5863