铂(II)二硫醇配合物甲基化反应的计算化学研究：竞争性S-甲基化与氧化加成路径的机制解析

本研究通过DFT计算揭示了[Pt(N^N)(S^S)]配合物与MeI反应的竞争机制，突破传统Pt(II)二亚胺体系倾向氧化加成的认知，首次证实电子效应调控下S-甲基化路径的绝对优势。通过系统改变配体电子性质（1a-1e），发现供电子基可显著降低S-甲基化能垒（ΔG?=74.2-89.5 kJ/mol），为金属介导烷基化反应的选择性控制提供了配体设计新范式。

　　

在生物系统和合成化学中，甲基化反应作为基础转化反应扮演着关键角色。其中硫原子甲基化（S-methylation）因其不可预测的反应性备受关注，特别是在含硫过渡金属配合物中，甲基化可能发生在金属中心（氧化加成）或硫配体上，这种选择性直接决定了产物的电子结构和应用价值。传统认知中，Pt(II)二亚胺（N^N）配合物倾向于发生氧化加成生成Pt(IV)产物，但 Shiraz 大学和伊斯兰阿扎德大学的研究团队发现，当配体变为二硫醇（S^S）时，反应路径可能发生根本性逆转。这一发现对理解金属-硫协同活化机制、开发新型催化体系具有重要意义。

研究人员采用密度泛函理论（DFT）计算，以CPCM溶剂化模型在丙酮中优化结构，使用LANL2DZ基组处理Pt/I原子，6-31G(d)基组处理其他原子。通过对比[Pt(dbbpy)(bdt)]（1a，dbbpy=4,4′-二叔丁基-2,2′-联吡啶，bdt^2?=1,2-苯二硫醇）与MeI反应的两种路径（S-甲基化vs氧化加成），结合系列衍生物（1a-1e）的电子效应分析，系统阐明了配体调控反应选择性的规律。

竞争反应机制
研究显示，经典Pt(II)配合物1a与MeI反应时，S-甲基化路径（生成[Pt(dbbpy)(CH₃bdt)]I）的自由能垒（ΔG?=74.2 kJ/mol）显著低于氧化加成路径（ΔG?=105.5 kJ/mol）。这种反常选择性源于二硫醇配体的强电子供给能力，使得硫孤对电子成为更优的亲核位点。过渡态分析发现，S-甲基化经历S_n2型机理，而氧化加成需要破坏Pt-S键并重组d轨道。

配体电子效应
通过引入不同电子特性的N^N配体（1a-1e），证实供电子基（如-NMe₂）可使S-甲基化能垒降低至74.2 kJ/mol，而吸电子基（如-NO₂）则升至89.5 kJ/mol。这种线性关系（R²>0.95）表明配体HOMO能级与反应活性直接相关，为理性设计反应体系提供了量化指标。

结论与意义
该研究首次从理论上证实了Pt(II)-二硫醇体系对S-甲基化的本征偏好性，突破了"Pt(II)必然优先氧化加成"的传统认知。通过建立配体电子特性-反应能垒的定量关系，为开发高选择性金属催化甲基化体系提供了新思路。论文通讯作者S. Masoud Nabavizadeh指出，这一发现对理解生物甲基化酶活性中心的结构-功能关系具有启示价值，相关成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》。