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为解决不对称氢甲酰化（AHF）中高 regio - 和 enantioselectivity 调控问题，研究人员探究 [Rh (R,S)-Yanphos] 催化环丙基官能化三取代烯烃与合成气（CO 和 H?）的 AHF 机理。通过计算、动力学及光谱工具发现，选择性源于不可逆烯烃插入步骤，明确决速过渡态与活性催化剂，为 AHF 中三取代烯烃的应用设计提供分子与能量依据。
在化学合成领域，将廉价原料转化为高附加值产品始终是研究热点。不对称氢甲酰化（asymmetric hydroformylation, AHF）作为一种重要方法，能将烯烃（alkenes）通过与合成气（syngas，即 CO 和 H?的混合气体）反应生成具有手性的醛类化合物，在医药、农药等精细化工领域应用广泛。然而，对于结构复杂的环丙基官能化三取代烯烃，如何实现高区域选择性（regio-selectivity，指反应优先发生在分子特定位置）和对映选择性（enantioselectivity，指优先生成某一对映异构体）一直是挑战，其反应机理尚未完全明晰，制约了高效催化剂设计与反应优化。
为揭示这一关键科学问题，研究人员针对 [Rh (R,S)-Yanphos] 催化的环丙基官能化三取代烯烃不对称氢甲酰化反应展开深入研究，通过整合多种研究手段解析反应机理，相关成果发表于《The Journal of Organic Chemistry》。该研究不仅阐明了反应选择性的起源，更为基于三取代烯烃的 AHF 反应设计提供了分子层面的理论指导。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：一是密度泛函计算（density functional calculations），通过量子化学计算模拟反应路径及能量变化，探究过渡态（transition state, TS）的能量差异；二是动力学研究（kinetic studies），分析反应速率与底物、催化剂浓度的依赖关系，确定反应级数及决速步骤相关特征；三是光谱工具（spectroscopic tools），辅助表征催化剂状态及反应中间物种，为机理分析提供实验证据。
一、反应选择性的起源：不可逆烯烃插入步骤
通过全面的密度泛函计算发现，环丙基官能化三取代烯烃的 AHF 反应中，区域选择性和对映选择性主要源于不可逆的烯烃插入步骤。在关键的迁移插入过程中，生成支链产物的反应路径（branched pathway）向烯烃的 re 面插入时，展现出显著的能量优势，较其他路径低 4.7 kcal/mol，这一能量差异直接决定了反应更倾向于生成特定区域和构型的产物。
二、反应决速步与活性催化剂的确定
计算结果表明，烯烃插入过渡态（alkene insertion TS）是整个反应的 turnover-determining TS（决速过渡态）。同时，活性催化剂被确定为 [RhH (CO)((R,S)-Yanphos)]，其在生成产物 R 对映体的反应路径中，能垒（energetic span）为 19.9 kcal/mol，这一数据为理解反应速率限制因素提供了关键依据。
三、动力学特征与催化剂行为分析
动力学研究揭示，反应速率对烯烃浓度呈一级依赖关系，在高转化率下对 Rh 催化剂浓度呈准一级依赖关系。进一步分析表明，反应中更可能存在催化剂缓慢活化的过程，而非催化剂失活（deactivation）或产物抑制（product inhibition），这解释了反应初期速率变化的特征，为优化反应条件提供了实验支撑。
研究结论明确了环丙基官能化三取代烯烃不对称氢甲酰化反应的核心机理：反应的高 regio - 和 enantioselectivity 源于不可逆的烯烃插入步骤，其能量优势决定了产物的选择性；烯烃插入过渡态为反应决速步，活性催化剂 [RhH (CO)((R,S)-Yanphos)] 的能垒特征影响整体反应效率。动力学研究则阐明了底物与催化剂的浓度依赖关系及催化剂的活化行为。
该研究的重要意义在于，通过整合计算、动力学与光谱学手段，从分子和能量层面揭示了反应选择性与速率的调控机制，为设计基于三取代烯烃的新型 AHF 反应实验提供了精准的理论指导，有助于推动廉价烯烃原料向高附加值手性化合物的高效转化，在精细化工合成领域具有潜在的应用价值。
