磺酰亚胺中苯乙烯消除机制研究：哈米特分析、动力学同位素效应与计算化学证据

研究人员针对N-酰基磺酰胺制备过程中磺酰亚胺的苯乙烯消除机制展开研究，通过哈米特（Hammett）分析、氘代动力学同位素效应实验（KIE=5.4）及理论计算，证实该反应为协同消除路径，过渡态涉及显著的C–H键断裂，为含硫化合物合成提供了机理指导。

　　

在有机合成化学领域，含硫化合物的精准构建一直是研究热点，其中N-酰基磺酰胺（N-acylsulfenamides）作为重要中间体，其合成效率与机理理解直接影响药物开发和材料科学进展。然而，这类化合物通过磺酰亚胺（sulfilimines）中间体消除苯乙烯（styrene）的详细机制尚不明确，制约了反应体系的优化设计。

针对这一科学问题，美国耶鲁大学化学系（Yale University, Department of Chemistry）的Shivani Patel、Jonathan A. Ellman等研究人员开展了一项多角度机理研究。团队通过系统设计S-芳基和S-苯乙基双位点取代基的哈米特分析（Hammett analysis），发现过渡态中苯乙基位点呈现更显著的负电荷积累（ρ值分析），结合氘代标记实验测得5.4的一级动力学同位素效应（primary KIE），证实反应过渡态涉及关键的C–H键断裂。密度泛函理论计算进一步支持了协同消除机制（concerted elimination）的合理性。

研究主要采用三项关键技术：1）哈米特线性自由能关系分析，通过不同电性取代基量化过渡态电荷分布；2）合成氘代磺酰亚胺（deuterated sulfilimine）测定同位素效应；3）理论计算模拟反应势能面。这些方法共同构建了苯乙烯消除的机理图谱。

取代基效应揭示电荷分布

通过S-芳基和S-苯乙基双位点取代基的哈米特分析，测得正ρ值表明两处均存在负电荷积累，其中苯乙基位点ρ值更高，说明该位点在过渡态中承担更大极性变化。

同位素效应指向C–H键断裂

苯甲基氘代化合物的动力学实验测得KIE=5.4，远超次级同位素效应阈值，明确指示过渡态中C–H键的断裂是限速步骤的关键因素。

计算化学验证协同路径

理论计算显示反应能垒与实验值吻合，未发现分步反应的中间体，电子流向分析支持协同的β-氢消除与S–N键断裂同步进行。

该研究首次从实验与计算层面阐明了磺酰亚胺消除苯乙烯的协同机制，其意义在于：1）为含硫化合物的理性设计提供机理模型；2）证实远程取代基可通过极性效应调控反应活性；3）展示多参数分析在有机机理研究中的协同价值。相关成果发表于《Ticks and Tick-borne Diseases》，为复杂硫化学体系的机理解析提供了范式。