近日，药学院/教育部自然资源药物化学重点实验室金毅课题组在知名国际期刊ACS Catalysis《美国化学会催化杂志》上发表研究论文“Metal-Carbenoid-Mediated Selective Transformation: Experimental and DFT Studies of Ag, Pd, and Rh with Enaminones and Diazoesters”。（文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.4c03136）

过渡金属催化在有机合成中占据重要地位，其高选择性和效率促进了复杂分子的构建。通过开发多种催化剂，实现了对反应区域、化学及立体选择性的精细调控，促进了成本效益和原子效益高的有机转化。为探索新反应路径并抑制副反应，精确控制产物分布与催化机制提出了关键挑战。金属卡宾作为重氮化合物转化的关键中间体，其类型（受体型、受体/受体型、供体/受体型）与活性可通过取代基调节，尤其供体/受体型卡宾展现了优异的亲电性与稳定性，广泛应用于高选择性反应。

作者基于前期课题组在AgOTf催化多取代吡咯的研究，进一步探索了Pd和Rh催化剂的效果。研究发现，（1）使用相同的起始原料重氮酯和烯胺酮，将研究扩展到Pd和Rh催化剂，作者获得了不同的产物。Pd催化产生了季碳α-亚胺，而Rh催化产生了不寻常的双环呋喃吡咯酮产物（图1）。Pd和Rh催化的串联转化均显示出广泛的底物范围。（2）然后，作者计算了Ag催化吡咯合成反应的详细反应机制途径。基于DFT计算，作者将Pd和Rh催化的机制与Ag催化的机制进行了比较。计算结果表明，Ag催化更适用于形成多取代吡咯，而Pd催化则通过关键中间体M-12的直接质子转移生成酮亚胺（图1）。（3）最后，作者进行了Rh催化的串联转化计算，其中Rh催化的C-O/C-C环化也通过两性离子中间体M-12进行。作者确定了Ag、Pd和Rh卡宾介导转化之间的固有差异。作者的研究为这三种过渡金属在卡宾化学中的性质提供了重要见解。展示了通过变换催化剂类型可精准调控反应路径与产物分布，为可控与可编程卡宾化学的发展奠定了基础，预示着从简单底物高效构建复杂化学品的新前景。

在这项工作中，作者通过实验和计算方法将银催化的卡宾级联转化扩展到钯和铑催化剂。作者通过密度泛函理论（DFT）计算研究了银催化级联转化的详细机制，包括从烯胺酮和重氮酯合成多取代吡咯的卡宾C−C键插入和环化/[1,5]-移位循环。值得注意的是，揭示了银、钯和铑催化中催化剂依赖性选择性的起源。与银相比，钯和铑在脱水过程中表现出较高的能垒，由于其较弱的π-路易斯酸性、亲电性和亲氧性，不利于多取代吡咯的形成。此外，羧酸根配体与底物之间更强的氢键相互作用可能使结构明确的桨轮状二铑（II）在催化独特的级联C-O/C-C环化方面与银和钯络合物有所不同。总体而言，虽然银和铑串联催化都能不同地生成多取代吡咯和呋喃并[3,4-c]吡咯酮产物，但钯主要通过从共同中间体中直接质子转移来生成酮亚胺产物。计算结果与实验观察结果一致，并成功解释了反应性和选择性，加强了涉及共同两性离子中间体的机制的一般性和合理性。这些发现为具有不同配体的高效选择性金属配合物的合理设计提供了有价值的理论启示。

这一研究成果与哈尔滨工业大学宋利娟教授课题组合作发表在ACS Catalysis，哈尔滨工业大学（深圳校区）理学院的张馨博士和宋丽娟教授为论文的共同第一作者，云南大学药学院的金毅研究员和罗开秀博士为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金，云南省自然科学基础项目基金，广东省自然科学基金等基金的支持。

来源：药学院

编辑：李哲 责任编辑：陈涛