金催化近些年受到了廣泛關(guān)注，在該領(lǐng)域涌現(xiàn)出許多新奇的研究成果。與以貴金屬為代表的傳統(tǒng)過渡金屬催化劑相比，Au(I)有諸多獨(dú)特的反應(yīng)性，為有機(jī)金屬化學(xué)帶來了一片值得探索的新海洋。2022年，Rubén Vicente等人報(bào)道了一個(gè)新奇的Au(I)催化環(huán)丙烯炔重排反應(yīng)，而不幸的是，在這篇工作中呈現(xiàn)的計(jì)算結(jié)果表明作者擬定的機(jī)理存在嚴(yán)重錯(cuò)誤，與該工作的新穎性不相稱。

文章概述

在本文中，作者首先報(bào)道了一類底物4的合成方法。使用炔基鋰試劑處理鉻卡賓，隨后與亞甲基環(huán)戊二烯反應(yīng)，可得到具備帶有環(huán)丙烷的烯炔結(jié)構(gòu)特征的底物4。該底物在5.0 mol%的Au(I)催化劑和5.5 mmol%的AgOTf作用下，在50 ℃可以較高產(chǎn)率得到茚衍生物5. Au催化劑對(duì)反應(yīng)性至關(guān)重要。除了5外，可以分離到少量茚環(huán)上的異構(gòu)體。主產(chǎn)物5的結(jié)構(gòu)被單晶證據(jù)證明。

文章分析

在描述了反應(yīng)情況和底物擴(kuò)展后，作者轉(zhuǎn)而對(duì)其機(jī)理假設(shè)進(jìn)行討論。作者根據(jù)其假定的機(jī)理，給出了如下的勢能面：

在這個(gè)過程中，底物與Au配位后發(fā)生協(xié)同的環(huán)化-環(huán)丙烷開環(huán)，生成烯丙基正離子中間體I并構(gòu)造出產(chǎn)物的6/5并環(huán)骨架，隨后經(jīng)過一系列1,2-基團(tuán)遷移，到達(dá)中間體VI。此時(shí)VI已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了芳構(gòu)化，與最終產(chǎn)物的差異僅在于甲基的位置。作者認(rèn)為VI隨即發(fā)生連續(xù)的1,9-甲基遷移和1,9-氫遷移，從而得到最終產(chǎn)物。

如果不進(jìn)行計(jì)算，上述機(jī)理假設(shè)似乎是形式上合理的。然而作者進(jìn)行計(jì)算并將結(jié)果呈現(xiàn)出來后，就告訴了我們這條機(jī)理無法走得通。從中間體IV開始，經(jīng)歷TS5發(fā)生1,9-甲基遷移，能壘高達(dá)39.2 kcal/mol；而隨后中間體VI發(fā)生1,9-甲基遷移生成打破芳香性的中間體VII，其能壘更是高達(dá)48.0 kcal/mol。顯然，這些步驟在50 ℃的反應(yīng)條件下是不可能發(fā)生的。

我們知道，室溫（298 K）下可以大致認(rèn)為活化自由能低于25 kcal/mol的反應(yīng)能夠在可接受的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。根據(jù)Eyring方程，忽略指前因子項(xiàng)，通過比較與活化自由能相關(guān)的指數(shù)項(xiàng)，我們可以直觀感受48.0 kcal/mol的反應(yīng)的時(shí)間尺度；323 K下能壘為48.0 kcal/mol的反應(yīng)，比298 K下能壘25.0 kcal/mol的反應(yīng)慢了1.4 × 1014倍！由此我們知道，作者所假設(shè)的1,9-遷移反應(yīng)，在當(dāng)前反應(yīng)條件下需要接近1000萬年才能發(fā)生！

顯然，作者呈現(xiàn)的計(jì)算結(jié)果是很有價(jià)值的。它證明了作者所假設(shè)的機(jī)理路徑無法成立，避免了我們被其誤導(dǎo)。但遺憾的是，作者可能似乎沒有意識(shí)到這一點(diǎn)，將其當(dāng)做了假設(shè)機(jī)理的“證據(jù)”，從而得出了錯(cuò)誤的結(jié)論。

如果想要進(jìn)一步從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證作者提出的機(jī)理，也并不難。只需將中間體VI投入到反應(yīng)體系中，觀察是否能轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物即可。如果能夠轉(zhuǎn)化，意味著存在某些未知的反應(yīng)過程實(shí)現(xiàn)VI的異構(gòu)化，接下來需要重新擬定機(jī)理并進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證；而如果不能轉(zhuǎn)化，則這個(gè)已經(jīng)岌岌可危的機(jī)理假設(shè)就可以被徹底宣判死刑了。遺憾的是作者沒有進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)。

可以相信，在本文發(fā)表后，會(huì)有許多人瞄準(zhǔn)本文中的反應(yīng)，力圖進(jìn)行更加詳實(shí)的機(jī)理實(shí)驗(yàn)、充分扎實(shí)的機(jī)理擬定和計(jì)算驗(yàn)證，最終得到一個(gè)能經(jīng)得住實(shí)驗(yàn)證據(jù)和計(jì)算結(jié)果兩方面考驗(yàn)的正確的機(jī)理。