合成科学中惰性C-H键的活化和官能团化符合绿色化学发展的要求，成为一个非常具有挑战性的科学前沿问题，吸引了众多科学家的关注。C-H键的活化和官能团化由于其战略重要性和挑战性，被誉为“化学的圣杯”。近些年这一领域取得了很大的进展，然而也还存在许多问题，例如对许多温和条件下过渡金属催化的C-H键的活化和官能团化的机理尚未明了，尤其对于选择性来源的理解还不是很深入。
 
2012年，Scripps研究所的余金权(Jin-Quan Yu)教授在Nature上发表了他们
关于金属钯催化的Nitrile导向的间位选择性的C-H键活化和烯基化的实验研究（Leow, D.; Li, G.; Mei, T.-S. et al., Activation of remote meta-C-H bonds assisted
by an end-on template. Nature 2012, 486, 518.）。这是钯催化的C-H键活化领域的一大进展。然而这一反应的反应机理和间位选择性的来源并不是很清晰，值得进行深入的探讨。
 
吴云东教授课题组对这一重要反应研究了其机理和区域选择性。计算研究结果表明被人们普遍接受认可的金属钯单体机理中由于C-H活化间位取代过渡态结构meta_TS1_a存在较大的扭曲，并不能解释实验上的间位选择性。我们提出了新的金属钯二聚体机理和双金属钯银二聚体机理中。在新的机理中，其中一个金属钯中心直接与目标C-H配位，并活化C-H，另一个金属中心钯或银与导向基团腈基配位，并通过两个羧基桥接与第一个金属钯中心，由于桥接链变长，环张力较小。C-H活化间位取代过渡态结构meta_TS1_c比邻位和对位取代过渡态结构ortho_TS1_c和para_TS1_c都稳定。对邻，间，对三个关键过渡态的构象分析和distortion-interaction能量分析阐释了底物或模板对间位选择性的控制。

对于金属钯催化的腈基导向的C-H活化和官能团化的理论和计算研究工作不仅阐明了反应的机理是一个新的双金属钯银二聚体机理，而且很好地阐明了间位选择性的来源。在这个新的模型中，发现醋酸银可能发挥了除了氧化剂之外的第二个重要作用，和导向基团腈基配位，这与之前文献报道的导向基团直接和活性钯中心配位的模型明显不同。这个新的模型拓展了我们对双金属体系的认识，为C-H键活化领域设计导向基团提供了新的思路。
 
此项研究是吴云东教授课题组和UCLA的Houk教授课题组及Scripps研究所的余金权教授课题组的合作课题，近期发表于《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/ja410485g）。我们学院参与该工作的研究生为杨云芳博士，成贵娟同学，孙天宇同学，陈萍同学。
 
文章链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja410485g