科学家表征揭示生物相关胺合成的新视角与挑战！

【研究背景】

催化剂分化是催化化学中的重要研究领域，因其在有机合成中发挥着关键作用，尤其是在多步骤合成过程中。然而，传统的多催化剂接力催化（MCRC）通常需要分开制备多种催化剂，这不仅增加了操作复杂性，还可能导致催化物之间的兼容性问题。因此，如何提高催化效率并简化反应过程成为了一个重要挑战。

为此，美国罗格斯大学（Rutgers University）化学系Michal Szostak团队提出了催化剂分化策略，将多种催化转化结合在一起，从单一母体催化剂生成不同的催化物种。具体而言，研究者们开发了以金(I)氢化物为基础的接力催化反应，成功实现了亚硝基苯到生物相关胺的合成。这一策略不仅提高了反应的选择性和效率，还允许使用更为复杂和不易兼容的底物。通过优化催化条件，研究团队展示了该方法的广泛适用性，最终实现了多种胺类化合物的合成。这项研究不仅为催化剂的应用提供了新的视角，也为有机合成领域带来了重要的理论与实践价值。

【表征解读】

本文通过多种表征手段，深入探讨了催化剂分化策略在合成生物相关胺基结构中的应用。具体来说，采用了核磁共振（NMR）光谱、质谱（MS）以及单晶X射线衍射等仪器，对金(I)氢复合物的结构进行了精确分析。这些表征手段不仅揭示了金(I)氢中间体的稳定性，还确认了其在催化反应中的关键角色，帮助我们理解催化剂的活性与选择性的微观机理。

在对催化反应进行研究时，作者观察到金(I)复合物在不同反应条件下的表现差异，特别是其对亚胺还原和氢化反应的催化效果。为此，使用了计算化学方法，评估了不同金(I)复合物的亲核性与反应性。通过分析[(ImPyDippMes)AuH]与[(IPr)AuH]的电子性质和键级数，揭示了双芳基卡宾结构对金(I)氢中间体稳定性的显著影响。这一发现深入挖掘了金催化在有机合成中的潜力，尤其是在使用常见原料合成复杂胺基结构时的应用价值。

在此基础上，本文通过催化反应的优化实验，系统性地探索了不同反应条件对催化效率的影响。结合反应产物的定量分析，采用了高效液相色谱（HPLC）等技术，获得了不同反应步骤的产率数据。这些结果不仅验证了我们所提出的催化机制，也为进一步改进催化剂设计提供了重要依据。

【图文解读】

图1：催化剂分化催化：构建必需胺的有用工具。

图2：催化剂合成与结构表征。

图3：RHAA的应用及机理研究。

图4：金氢中间体的分离及拟议的反应机制。

【结论展望】

本文展示了通过单一催化剂实现多步反应的可能性。这一策略不仅有效解决了传统多催化剂方法中催化剂间相互作用的问题，还显著提高了反应的选择性和效率。特别是在合成生物相关胺基结构时，利用金(I)氢催化剂的独特性能，研究者成功实现了从亚硝基苯到胺的高效转化，拓宽了金催化的应用领域。本文还强调了双芳基卡宾配体在增强金氢中间体稳定性方面的重要性，这为设计新的催化系统提供了有价值的思路。此外，催化剂的结构特征与催化性能之间的关联，启示了我们在材料设计中应注重分子结构的优化，以实现更高效的化学转化。这种将生物启发的催化策略与现代合成方法相结合的研究思路，推动了化学合成的可持续发展，并为药物研发及其他领域提供了新的技术路径。

文献信息：Zhou, T., Gao, P., Lalancette, R. et al. Gold-catalysed amine synthesis by reductive hydroamination of alkynes with nitroarenes. Nat. Chem. (2024). https://doi.org/10.1038/s41557-024-01624-8