捕获关键Au4Cu4-π-Alkyne中间体，洞察CuAAC反应的机理

Click chemistry, 又称“点击化学”, 是由美国化学家Sharpless提出的一种快速合成化合物的新方法。其中Cu催化的叠氮炔烃环加成（CuAAC）反应自报道以来，由于其原料易得、反应条件温和、产物收率高、选择性好和易于分离提纯等特点，已广泛应用于先导化合物库的建立、新药开发和高分子材料合成等领域。

然而，迄今为止，很少有Cu催化剂能够催化内炔的AAC反应。基于此，Fokin提出了CuAAC的经典机理---多核Cu(I)催化脱氢机制：首先Cu与炔烃配位形成Cu-炔烃π-配合物，再经过炔烃脱质子转化为Cu-σ，π-炔基中间体，而此关键中间体必须由末端炔烃去质子化后形成。只有具有强σ配体的金属铜 (如N杂环卡宾) 才能避免炔烃的脱质子化，允许内炔烃发生CuACC反应，这极大地限制了CuACC的应用。

近日，安徽大学朱满洲教授、盛鸿婷教授，波尔多大学Didier Astruc教授，北京科技大学胡淑贤教授等，设计了一种碳纳米管负载原子精确的双金属纳米团簇Au₄Cu₄催化剂 (Au₄Cu₄/CNT)，实现了催化末端炔烃及非活性内炔的CuAAC反应。进一步的机理研究表明，Au₄Cu₄/CNT的特殊催化性能来源于Au-Cu的协同作用，不同于经典的多核Cu(I)催化脱氢机制。Au₄Cu₄/CNT催化体系是采用π键活化HC≡CPh，整个催化过程中避免了摘除HC≡CPh的末端H原子。本研究对后续CuAAC催化剂的设计具有重要的指导意义。

本文设计了一种Au₄Cu₄/CNT双金属催化剂，并提出了CuAAC反应的新机理。首次通过MALDI-MS成功捕获三个关键中间体[Au₄Cu₄(-CH≡C-4-C₆H₄R)], R = H、Cl和CH₃。此外，¹H NMR，UV-vis，FT-IR 和 DFT 结果进一步证实通过π键活化形成Au₄Cu₄*中间体 (真正的催化剂)，催化过程中没有摘除HC≡CPh的末端H原子。

Au₄Cu₄/CNT双金属体系可实现内炔的CuAAC反应。相应的Au₁₁/CNT和Cu₁₁/CNT纳米催化剂对内炔均无活性，表明Au₄Cu₄/CNT催化特性来源于Au-Cu的协同作用。催化剂基本单元Cu-Au在催化过程中起到了关键作用，具体来说是炔烃在Cu₂原子处发生活化后，相应的Au₃-Cu₂键的断裂稳定了炔烃的C-H，避免了炔烃的脱质子化，从而实现内炔的CuAAC反应。

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Insight into the Mechanism of the CuAAC Reaction by Capturing the Crucial Au₄Cu₄–π-Alkyne Intermediate

Yaping Fang, Kang Bao, Peng Zhang, Hongting Sheng*, Yapei Yun, Shu-Xian Hu*, Didier Astruc*, Manzhou Zhu*

J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 1768–1772, DOI: 10.1021/jacs.0c12498