首先，作者选择
原料易得的苯甲酸和
以酰胺官能团化的烷基溴
化物为模板底物对反应条件进行筛选（图三），并获得最佳条件是：2.5 mol%的
[Ru(
p
-cym)Cl
2
]
2
作为催化剂，5.0 mol%的5,5-di-Me-bpy作为配体，KOAc为碱，LiBr为添加剂以及
t
BuOH/HFIP=9:1的
混合溶剂在100℃下反应12小时，并以78%的分离收率得到目标产物
3aa
。作者通过一系列地配体的筛选发现富电子的5,5-二甲基联吡啶配体最佳（图三，entry 7）。作者猜想可能是富电子的5,5-二甲基联吡啶增强羧酸环钌中心的电子云密度，提高其单电子还原能力，使得产生自由基的速率加快，从而提高反应产率。含酸性的质子性溶剂（叔丁醇和六氟异丙醇为9:1的混合溶剂）以及降低碱的PKa也可以进一步提高反应收率（图三，entries 10-11）。使用银盐为添加剂其产率稍微有所降低（图三，entry 17），作者认为可能是银盐作为路易斯酸降低了钌催化剂中心的电子云密度，从而降低其产生自由基的效率。
LiBr的存在显著提高了转化率，而不会对选择性产生负面影响。
图三. 反应条件的筛选（来源：
Nat. Commum.
）
在最优条件下，作者先对芳基羧酸的底物适用性进行了考察（图四）。各种邻、间以及对位取代的芳基羧酸都可以成功地转化为相应的间位
C−H
烷基化产物。官能团如
烷基（
3ba-ca
）、烷氧基（
3da
、
3ga
、
3la
、
3va
）、烯丙基氧基（
3ia
）、氟（
3
ea
、
3ha
、
3na
）、氯（
3fa
、
3oa
、
3ta
）、溴（
3pa
、
3ua
）、氟烷氧基（
3ja-ka
）、硫甲基（
3ma
）以及芳香环（
3wa
）都可以在该反应条件下兼容。间位取代的芳基羧酸通过该反应可以得到1,3,5-三取代的芳基羧酸（
3ga-ia
、
3va-ad
）。对位取代的芳基羧酸也能顺利地转化（
3ja-pa
），这说明该体系下产生的自由基加成不受立体位阻的影响。该反应还可以兼容各种杂芳基羧酸，如苯并二恶烷（
3xa-za
）、1-甲基吲哚（
3ab
)、苯并呋喃（
3ac
）和苯并噻吩（
3ad
），但是不能兼容五元或六元杂环羧酸。
图四. 芳基羧酸以及烷基卤化物的底物扩展（来源
：
Nat. Commum.
）
紧接着，作者也对烷基溴化物的底物范围进行了考察（图四）。
各种三级α-溴
代酰胺、酯、硫代酯以及酮都能顺利转化为目标产物（
3ae-ax
）。有趣的是，各种氨基酸（如甘氨酸、缬氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸和蛋氨酸）取代的三级烷基溴化物，都能获得良好的产率得到相应的产物（
3ak-ap
）。对于位阻较小的二级烷基溴化物（
3ay
），其竞争性酯化反应无法完全被抑制。对于位阻更小的一级烷基溴化物（
3az
）来说，主要
得到S
N
2产物。除此之外，二氟烷基溴化物也可以兼容（
3bb-mb
）。重要的是，该反应还可扩展到具有
生物活性分子中衍生出的α-溴化酯或α-溴化酰胺
等
，如L-薄荷醇（
3nb
）、半乳糖脂素（
3ob
）、冰片醇（
3pb
）、雌酮（
3qb
）、麦西来坦（
3rb
）和氨基丁亚胺（
3sb
）等。
有趣的是，作者使用1
-
萘甲酸为底物时，反应区域选择性发生在C
5位置上（图五
）。作者认为钌催化首先发生C
2−H活化形成环钌中间体
I
V
，由于其环钌中间体
I
V
对位被堵住，自由基无法进攻环钌中间体
I
V
的对位。随后，钌催化在配体协助下对1
-
萘甲酸中C
8−H活化形成环钌金属中间体
V
，随后接受
自由基进攻得到C5−
H烷基化产物。同时，产物
4aa
的单晶X射线衍射分析
也
证实了C5−
H烷基化产物的区域选择性。该反应体系还
可以扩展到各种α-溴
代酰胺和酯（
4aa-ua
），包括各种天然产物取代的官能团龙脑（
4oa
）、L-薄荷醇（
4pa
）、半乳糖脂（
4qa
）、麦西来坦（
4ra
）、雌酮（
4sa
）、胆固醇（
4ta
）和生育酚（
4ua
）等。
图五. 1-萘甲酸的C5−H烷基化反应的底物扩展（来源：
Nat. Commum.
）
为了进一步突出该反应的实用性，作者对芳基羧酸间位C−H烷基化产物
进行了多种有用的化学转化（图六）。（a）
羧酸基团导向邻位C−H官能团化，如芳基化（
6a
）、
烯基化/C−O环化
（
6b
）、
烯基化/脱羧
（
6c
）。
（b）
羧酸可通过钯催化对羧酸酯发生氧化加成/脱羰达到无痕去除（
6d
），或者脱羰后被氰基负离子配体交换得到羧酸原位的氰基化产物（
6e
）
。（c）
羧酸基团还可以被还原成相应的苄醇（
6f
）和醛（
6g
）。
（d）
羧酸基团还可转化为二氟甲基酯化物（
6h
）、酮（
6i
）以及酰胺（
6j
）。
图
六.
产物的合成转化与应用（来源：
Nat. Commum.
）
为了进一步探究反应机理，作者进行了一系列的机理实验（图七）。A）
表明芳基羧酸邻位C−H活化是必须的；B
)
氢氘实验说明邻位C−H活化是快速且可逆的；C
)KIE实验说明C−H活化不是反应的决速步；D)催化量以及当量的羧酸环钌中间体
Ru
−
A
都可以得到芳基羧酸间位C
−H烷基化产物，说明
Ru
−
A
可能是反应过程中的中间体；E)自由基跟踪实验表明反应可能经历自由基过程；F)对比w/wo配体发现配体确实促进钌催化对烷基卤化物的单电子还原
；G
)循环伏安法说明[Ru(
p
-cyme)Cl
2
]
2
和
Ru
−
A
都可以还原烷基卤化物
1a
，同时，配体在一定程度上促进钌催化剂的单电子还原能力；H）1-萘甲酸的氢氘交换实验说明C2−H和C8−H活化是可逆的，且配体促进1-萘甲酸的C8−H活化；I）可能的反应机理：首先，[Ru(
p
-cym)C
l
2
]
2
与配体
L
6
在醋酸钾的存在下发生配体交换
形成具有催化活性的[Ru(
L
6
)(OCOR)
2
]，接着[Ru(
L
6
)(OCOR)
2
]对芳基羧酸发生
可逆C−H活化
得到中间体
I
I
