金(I)催化N-炔丙基苯甲酰胺环化反应中溶剂依赖性速率决定步骤的转变机制研究

研究人员针对金催化N-炔丙基苯甲酰胺环化反应中速率决定步骤的争议问题，通过[L1Au(NCCH3)]SbF6和L1AuOTs催化剂在二氯甲烷与甲醇中的对比实验，结合氘标记研究和理论计算，首次发现溶剂环境可导致速率决定步骤从质子解金(protodeauration)转变为π-活化过程，为金催化反应机理研究提供了新范式。

　　

在有机化学领域，金催化炔烃环化反应因其高效构建杂环骨架的能力备受关注。过去二十年里，N-炔丙基苯甲酰胺的金催化环化反应被视为机理研究的经典模型，传统观点认为质子解金(protodeauration)是反应的速率决定步骤。然而，这一共识在遇到不同溶剂环境时开始出现裂痕——溶剂极性变化是否会影响反应能垒的分布？反应机理是否存在未被发现的调控维度？

针对这一科学问题，Wake Forest University（维克森林大学）的Skylar G. Norman等研究者展开系统研究。他们选择[L1Au(NCCH₃)]SbF₆和L1AuOTs（L1 = t-Bu₂(o-biphenyl)P，即Johnphos配体）作为催化剂，在二氯甲烷和甲醇两种极性差异显著的溶剂中，结合氘标记动力学实验与理论计算，揭示了溶剂介导的速率决定步骤转变现象。相关成果发表在《The Journal of Organic Chemistry》上。

研究主要采用三种关键技术：1）氘标记动力学同位素效应实验，通过比较C-H与C-D键断裂能垒确定决速步骤；2）密度泛函理论(DFT)计算反应势能面，量化不同溶剂环境下的过渡态能量；3）变温核磁共振监测反应进程，获取动力学参数。

【溶剂依赖性机理转变】实验数据显示，在二氯甲烷中表现出典型的质子解金控制特征，而甲醇溶剂使反应转为π-活化控制。氘标记实验中甲醇体系的动力学同位素效应显著减弱，佐证了决速步骤的转变。

【理论计算验证】DFT计算重现了溶剂介导的能垒变化：甲醇通过氢键作用稳定π-活化过渡态，使环化步骤能垒升高2.3 kcal/mol，导致决速步骤顺序反转。

【配体效应】对比Johnphos（L1）与其他膦配体，发现大位阻叔丁基对溶剂响应具有放大效应，这是首例明确报道的金催化剂配体-溶剂协同调控决速步骤的案例。

该研究突破了金催化环化反应机理的传统认知，证明溶剂环境可重构反应能垒分布。这一发现为精准调控金催化反应提供了新策略——通过溶剂极性定向切换决速步骤，有望实现反应选择性的远程控制。更重要的是，研究建立了溶剂-配体协同调控的理论模型，为均相金催化剂设计提供了全新视角。正如研究者指出，该机理范式可能普遍存在于其他亲金π-酸催化体系，将推动金属有机化学动力学研究的深入发展。