开创性发现：科学家首次捕获“难以证明”的催化中间体

在催化烃功能化领域，一项重要突破已引起科学界的广泛关注。基础科学研究所（IBS）的研究人员利用创新的 X 射线光晶体学技术，成功捕获了催化反应中的关键中间体，即 Rh-酰基硝基中间体。这一发现为催化反应的理解和改进提供了重要线索，同时也有望推动药物化学和材料科学领域的发展。



这项研究揭示了过渡金属-硝基转移过程中的关键步骤，尤其是涉及过渡金属-亚硝基中间体的形成和性质。这种中间体在将碳氢化合物转化为酰胺时发挥着重要作用，对药物和材料的制备具有重要意义。了解这些中间产物的结构和性质对于开发高效催化剂至关重要。



科学家们认识到金属-硝基中间体在催化领域的关键地位。这些中间体能够催化生成有价值的含氮分子，包括医药和生物活性物质的前体。为了深入了解这些反应，研究人员借助铑配合物的单晶结构，通过光晶分析揭示了梦寐以求的铑-酰亚胺类物质的结构。这一突破性研究为药物化学和材料科学的发展铺平了道路。



为了解决研究中的挑战，科学家们采用了创新的方法。他们设计了一种基于 X 射线光晶体学的实验方法，聚焦固态化学反应。通过引入新型发色铑配合物，研究人员成功实现了催化C-H酰胺化反应，从而合成了铑-二恶唑酮配位复合物。利用同步辐射进行光诱导单晶 X 射线衍射分析，首次揭示了铑-酰亚胺中间体的结构和性质。这项研究还在固相中监测了铑-酰基腈向外部亲核体转移的过程，为理解亚硝基转移过程提供了全面的机理洞察。



此外，研究人员还采取了进一步的探索，通过光晶体学分析揭示了铑-酰亚硝基中间体的亲电反应性质。与以往研究相比，这一研究在理解金属-硝基中间体的反应性方面迈出了重要一步。这些发现为未来设计高活性和选择性的催化剂提供了宝贵的指导，有望在各个领域取得实际应用。

在这一领域的领军人物，基础科学研究所催化烃功能化中心主任张硕辅表示：“通过实验，我们成功捕获了过渡金属-亚硝基中间体，这一难以证明的存在。这项研究将为开发高活性、选择性催化剂提供关键线索，甚至可能推动‘通用催化剂’的发展。”

这项具有创新意义的研究为催化领域带来了新的希望，为科学家们探索更有效的反应途径和催化剂设计提供了新的思路。