甲基化的環(huán)戊二烯基配體，尤其是五甲基環(huán)戊二烯基（Cp *），常被用做過(guò)渡金屬配合物的η5–π鍵合的配體。Cp *和類(lèi)似Cp *的配體與d6軌道電子低旋的金屬離子RhIII和IrIII可以形成高度穩(wěn)定的配合物。這樣的配合物有廣泛的用途，可以做催化劑或/和抗癌藥物的活性成分。通常，我們認(rèn)為半夾心的配合結(jié)構(gòu)的抗癌中心是金屬離子本身，用水替換掉初始的氯化物可以促進(jìn)其與目標(biāo)生物分子的結(jié)合，但在生物學(xué)條件下涉及Cpx配體的直接反應(yīng)尚待研究。
一般而言，碳?xì)浠衔锏奶細(xì)滏I非常穩(wěn)定，難以活化，雖然目前有鉑族金屬的電子效應(yīng)能促進(jìn)碳-氫鍵的活化。但是，已知的Cpx活化反應(yīng)的條件很?chē)?yán)苛，反應(yīng)速度也慢，有的活化反應(yīng)需長(zhǎng)達(dá)三天。
在這個(gè)研究里，作者發(fā)現(xiàn)某些有機(jī)金屬RhIII半夾心結(jié)構(gòu)抗癌復(fù)合物中的CpxC–H質(zhì)子，可在一定有機(jī)物如聯(lián)吡啶，二甲基聯(lián)吡啶催化下進(jìn)行快速連續(xù)氘化。DFT計(jì)算表明這種機(jī)制涉及通過(guò)Rh-羥基過(guò)氧化物絡(luò)合物提取Cp *質(zhì)子，然后依次進(jìn)行H / D交換，Cp *環(huán)的行為類(lèi)似于動(dòng)態(tài)分子“扭曲”。計(jì)算結(jié)果表明N，N0螯合配體的pp軌道在穩(wěn)定去質(zhì)子化的Cpx配體中的關(guān)鍵作用，以及RhI富烯中間體的可及性。
在溫和的水環(huán)境中很難激活碳?xì)浠衔镏械腃-H鍵，但作者發(fā)現(xiàn)這對(duì)于某些RhⅢ環(huán)戊二烯基配合物是比較容易實(shí)現(xiàn)的。因此，作者合成了十二種配合物（如下圖）以研究這類(lèi)化合物的性質(zhì)。
作者將氯化絡(luò)合物1和氯化絡(luò)合物3–10溶于在60%甲醇-d4和40%重水的溶液中（1.4mM，310K）與AgNO3反應(yīng)生成水加合物，再進(jìn)行核磁共振1H譜圖分析，但是并沒(méi)有觀察到絡(luò)合物中甲基質(zhì)子相對(duì)應(yīng)的共振尖銳單峰。為了鑒定產(chǎn)生的物質(zhì)，作者在72小時(shí)后記錄每個(gè)產(chǎn)物的FT-ICR質(zhì)譜，發(fā)現(xiàn)這是絡(luò)合物1和3-10中Cpx被氘化導(dǎo)致的。因此這些配合物的環(huán)戊二烯配體在溫和的條件下就容易發(fā)生氘化。同時(shí)，作者沒(méi)有觀察到絡(luò)合物2和絡(luò)合物11的氘化。
為進(jìn)一步探明氯化絡(luò)合物氘化發(fā)生的條件，作者利用核磁共振1H譜圖分析觀察到峰強(qiáng)度逐漸降低，并且Cpx甲基1H峰分裂和展寬,因此氘化是通過(guò)氘從D1到D15順序替換甲基質(zhì)子而發(fā)生的，是完全氘化，作者也由此發(fā)現(xiàn)了銠-水加合物的形成對(duì)氘化至關(guān)重要。
為深入了解化合物IrIIIbpy和RhIIIen之間和非活性銠（Ⅲ）en或銥（Ⅲ）bpy絡(luò)合物之間的氘化機(jī)理和行為差異，作者采用DFT計(jì)算揭示了在配位Cpx環(huán)中，在bpy或phen的存在下，策略性放置的Rh-OD基團(tuán)在從配位Cpx環(huán)中提取質(zhì)子中的作用。這些配體有助于穩(wěn)定脫質(zhì)子的Cpx-H二價(jià)陰離子。Cpx環(huán)的行為就像一個(gè)“分子捻線器”，它在繞Cpx-Rh和ring-CH3軸旋轉(zhuǎn)幾乎沒(méi)有阻礙，這也保證了絡(luò)合物的快速連續(xù)氘化。
密度泛函理論（density functional theory, DFT）計(jì)算也預(yù)測(cè)了Cpx2-配體通過(guò)電子的轉(zhuǎn)移Rh（Ⅰ）-fulvene來(lái)形成的中間體的可能性。谷胱甘肽或N-甲基馬來(lái)酰亞胺不能和外環(huán)的C=CH2反應(yīng)生成加成產(chǎn)物。然而，捕獲Rh（Ⅰ）-fulvene中間體在天然共軛二烯的Diels-Alder[4+2]-環(huán)加成反應(yīng)中是非常容易進(jìn)行的。
綜上所述，作者合成了十二種RhⅢ環(huán)戊二烯基配合物并研究了這些化合物的性質(zhì)，找到Cpx被氘化是這些配合物合物中的C-H鍵易被激活的原因，發(fā)現(xiàn)在溫和條件下水溶液中與金屬鍵合的富烯的Diels-Alder反應(yīng)是前所未有的。這個(gè)研究還為一些尚未解決的問(wèn)題帶來(lái)了答案，所發(fā)現(xiàn)的新穎的作用機(jī)理也新概念引入有機(jī)金屬Cp *抗癌復(fù)合物的設(shè)計(jì)中，為新型抗癌藥物的研發(fā)提供了新方法。
作者：WYD、ZCF、ZHY、ZSH
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