破解C–H鍵活化機制：飛秒內抓住中間體

C–H鍵的活化是有機合成中非常重要的一個反應，可以用來製備複雜的有機分子，而過渡金屬催化劑是促進C–H鍵活化的工具之一，這項工具目前已經被科學家們廣泛研究和應用，例如鈀、銅、銀、鈷等過渡金屬都可以作為活化C–H鍵的催化劑。過渡金屬可以活化C–H鍵的原因是其具有較高的反應活性，可以與C–H鍵形成中間體，並通過一系列的反應步驟來實現C–H鍵的活化，而這些反應步驟包括氧化加成、還原消除、插入等等。儘管過渡金屬催化劑已經被廣泛地研究和應用，但是對於C–H鍵活化的詳細機制仍存在許多未知的問題，例如在C–H鍵活化反應中，過渡金屬如何與C–H鍵反應形成中間體？中間體又是如何進一步轉化為產物? 催化劑的配位基團是如何影響反應速率和選擇性? 這些問題仍需要更多的實驗與理論計算才有辦法解決。

近日，瑞典烏普薩拉大學的研究團隊成功透過時間分辨X射線吸收光譜技術來追蹤過渡金屬在C–H鍵活化期間的電荷轉移反應。時間分辨X射線吸收光譜技術是一種用於研究化學反應動力學和反應中間體的高分辨率光譜技術，其透過超短脈衝X射線束，可以在極短的時間內（通常是飛秒或皮秒級別）捕捉到化學反應的瞬間過程，從而提供關於反應中間體的結構、電子結構及反應動力學等方面的資訊。研究團隊透過此技術紀錄了在X射線束下，CpRh(CO)2催化劑在正辛烷溶劑 (反應物) 中進行氧化加成反應的詳細過程，他們透過光譜數據找到了催化劑、反應物及溶液環境等因素對金屬-烷基配位、氧化加成等步驟的影響，如此就能更深入了解C–H鍵活化反應的基本原理，未來也能設計出更高效、高選擇性的有機合成方法。