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 *），常被用做過渡金屬配合物的η5–π鍵合的配體。Cp *和類似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，我們認為半夾心的配合結構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其與目標生物分子的結合，但在生物學條件下涉及Cpx配體的直接反應尚待研究。
一般而言，碳氫化合物的碳氫鍵非常穩(wěn)定，難以活化，雖然目前有鉑族金屬的電子效應能促進碳-氫鍵的活化。但是，已知的Cpx活化反應的條件很嚴苛，反應速度也慢，有的活化反應需長達三天。
在這個研究里，作者發(fā)現某些有機金屬RhIII半夾心結構抗癌復合物中的CpxC–H質子，可在一定有機物如聯(lián)吡啶，二甲基聯(lián)吡啶催化下進行快速連續(xù)氘化。DFT計算表明這種機制涉及通過Rh-羥基過氧化物絡合物提取Cp *質子，然后依次進行H / D交換，Cp *環(huán)的行為類似于動態(tài)分子“扭曲”。計算結果表明N，N0螯合配體的pp軌道在穩(wěn)定去質子化的Cpx配體中的關鍵作用，以及RhI富烯中間體的可及性。
在溫和的水環(huán)境中很難激活碳氫化合物中的C-H鍵，但作者發(fā)現這對于某些RhⅢ環(huán)戊二烯基配合物是比較容易實現的。因此，作者合成了十二種配合物（如下圖）以研究這類化合物的性質。
作者將氯化絡合物1和氯化絡合物3–10溶于在60%甲醇-d4和40%重水的溶液中（1.4mM，310K）與AgNO3反應生成水加合物，再進行核磁共振1H譜圖分析，但是并沒有觀察到絡合物中甲基質子相對應的共振尖銳單峰。為了鑒定產生的物質，作者在72小時后記錄每個產物的FT-ICR質譜，發(fā)現這是絡合物1和3-10中Cpx被氘化導致的。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，作者沒有觀察到絡合物2和絡合物11的氘化。
為進一步探明氯化絡合物氘化發(fā)生的條件，作者利用核磁共振1H譜圖分析觀察到峰強度逐漸降低，并且Cpx甲基1H峰分裂和展寬,因此氘化是通過氘從D1到D15順序替換甲基質子而發(fā)生的，是完全氘化，作者也由此發(fā)現了銠-水加合物的形成對氘化至關重要。
為深入了解化合物IrIIIbpy和RhIIIen之間和非活性銠（Ⅲ）en或銥（Ⅲ）bpy絡合物之間的氘化機理和行為差異，作者采用DFT計算揭示了在配位Cpx環(huán)中，在bpy或phen的存在下，策略性放置的Rh-OD基團在從配位Cpx環(huán)中提取質子中的作用。這些配體有助于穩(wěn)定脫質子的Cpx-H二價陰離子。Cpx環(huán)的行為就像一個“分子捻線器”，它在繞Cpx-Rh和ring-CH3軸旋轉幾乎沒有阻礙，這也保證了絡合物的快速連續(xù)氘化。
密度泛函理論（density functional theory, DFT）計算也預測了Cpx2-配體通過電子的轉移Rh（Ⅰ）-fulvene來形成的中間體的可能性。谷胱甘肽或N-甲基馬來酰亞胺不能和外環(huán)的C=CH2反應生成加成產物。然而，捕獲Rh（Ⅰ）-fulvene中間體在天然共軛二烯的Diels-Alder[4+2]-環(huán)加成反應中是非常容易進行的。
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，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)現在溫和條件下水溶液中與金屬鍵合的富烯的Diels-Alder反應是前所未有的。這個研究還為一些尚未解決的問題帶來了答案，所發(fā)現的新穎的作用機理也新概念引入有機金屬Cp *抗癌復合物的設計中，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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