硫配位铁(III)-烷基过氧配合物的反应机制分歧：醛氧化优先于脱甲酰化反应

这篇研究揭示了硫醚配位的低自旋Fe(III)-烷基过氧配合物[FeIII(L)(tBuOO)]2+（2a）的独特反应机制。通过UV-vis、EPR和共振拉曼光谱表征，证实该配合物通过均裂O-O键断裂生成高活性Fe(IV)-oxo中间体，意外地优先选择醛C-H键氢原子攫取路径而非传统的Cα-H活化，这归因于配体框架与底物间的稳定相互作用。该发现为非血红素铁酶催化机制提供了新见解。

　　

引言

氧分子活化在血红素和非血红素铁酶催化循环中具有核心地位。这类酶通过形成高活性的铁-氧中间体（如Fe(IV)-oxo）实现底物转化。其中，铁(III)-烷基过氧配合物作为关键前体，其反应路径的选择性直接决定了最终产物的形成。特别值得注意的是，在α-酮戊二酸依赖型非血红素铁双加氧酶中，铁(III)-烷基过氧中间体通过均裂O-O键断裂生成具有催化活性的Fe(IV)-oxo物种。

结果与讨论

研究团队设计合成了一种新型五齿N₄S配体L，并成功制备了相应的铁(II)配合物Fe^II(L)(CH₃CN)₂（1a）。该配合物在室温下呈现S=2的高自旋态，氧化还原电位为1.12V。当1a与^tBuOOH在233K反应时，生成蓝色中间体2a，其UV-vis光谱在620nm处显示特征吸收（ε≈840M^-1cm^-1），EPR谱图证实其为低自旋（S=1/2）铁(III)-烷基过氧配合物。共振拉曼光谱检测到687cm^-1（Fe-O）和790cm^-1（O-O）的特征振动峰。

令人惊讶的是，2a展现出独特的亲电反应性。与环己烷甲醛（CCA）反应时，通过动力学同位素效应（KIE=5）和Hammett分析（ρ=-0.98）证实反应选择性地发生在醛基C-H键而非预期的C_α-H键。产物分析显示生成了环己烷羧酸，表明经历了醛C-H键氢原子攫取和OH回弹机制。相比之下，对二甲硫醚（DMS）和三苯基膦则分别表现出1.54×10^-2M^-1s^-1和1.48M^-1s^-1的氧原子转移反应速率。

理论计算揭示了反应机制的本质：2a通过13.8kcal/mol能垒发生均裂O-O键断裂，生成高活性的Fe(IV)-oxo中间体。过渡态结构中，底物羰基氧与配体质子间的氢键相互作用稳定了醛C-H键攫取路径（ΔG^?=6.4kcal/mol），使其在能量上优于C_α-H活化路径（ΔG^?=15.6kcal/mol）。这种由弱相互作用引导的区域选择性突破了对C-H键解离能的传统认知。

结论

该研究首次报道了低自旋非血红素铁(III)-烷基过氧配合物的亲电反应性，阐明了配体次级配位环境对反应选择性的调控机制。发现醛C-H键活化这一非常规路径，为理解金属-氧中间体的反应多样性提供了新视角。研究结果对模拟非血红素铁酶的催化机制具有重要启示，特别是在区域选择性控制方面提出了新的设计思路。