科學家們已經發現了合成一種分子工具的關鍵，這種工具可以大大擴展過渡金屬催化反應的種類。研究小組採用了一套成熟的可用於製造過渡金屬催化劑的化合物，並開發了一種簡單的、基於自由基的反應，以利用溫和的條件製造這些分子的不對稱變體。

更容易獲得更多種類的這些不對稱化合物為設計過渡金屬催化劑開闢了新的可能性。這項研究今天（11月21日）發表在《自然-通訊》雜誌上，由日本北海道大學化學反應設計與發現研究所（WPI-ICReDD）的科學家進行。

這項研究的重點是一類名為1,2-雙（二苯基膦）乙烷衍生物（DPPEs）的化合物。DPPEs是雙叉的，即它們在兩個位置上附著在催化劑的金屬中心。然而，DPPEs通常是對稱的，每個連接臂都是相同的，這限制了可能的結構多樣性和反應性。新的研究克服了這一限制，報告了一種利用乙烯（一種產量豐富的原料化學品）開發非對稱DPPE的通用方法。

基於AFIR的計算和實驗過程的示意圖，用於開發非對稱DPPE的合成。資料來源：高野秀明等人，《自然通訊》 2022年11月21日

研究人員最初通過人工力誘導反應（AFIR）方法進行了量子化學計算，以確定可以反應形成DPPE的可能起始材料。計算結果顯示了一個可行的過程，即磷化氫自由基很容易與乙烯反應形成DPPE。在此基礎上，研究小組通過實驗驗證了一個簡單的製造對稱DPPE的過程，該過程在溶液中只需混合三種現成的化合物就能形成磷化氫自由基。這大大改善了以前涉及多個步驟和使用不穩定、高活性化合物的方法。

這一過程隨後被擴展到非對稱DPPE，將乙烯與涵蓋廣泛的電子特性和尺寸的氯膦和磷化氫混合。尺寸和電子特性的差異產生了一種推拉效應，可能帶來更有用的反應性或選擇性，研究發現，使用藍光LED照射的光催化劑提供了最好的產量。

北海道大學化學反應設計與發現研究所（WPI-ICReDD）的研究團隊成員。

作為一項測試，該團隊隨後使用其中一種不對稱DPPE衍生物形成了金屬複合物。他們比較了與DPPE複合的鈀和與不對稱DPPE衍生物複合的鈀的特性。這兩種配合物具有明顯不同的特性，包括顏色、吸收光譜和分子軌道能量，顯示出不對稱DPPE衍生物在作為催化劑配體時有可能實現不同的反應性。研究人員認為，應用於催化劑設計和使用一種低成本、豐富的材料都是這種方法的優勢。

“我們成功地合成了DPPE衍生物，這些衍生物作為過渡金屬催化劑的配體是有用的，而且我們使用廉價的、容易獲得的乙烯做到了這一點，”主要作者高野秀明說。”這一結果的實現是由於使用AFIR量子化學計算與有機化學家的實驗技能和經驗相結合所產生的協同效應。今後，我想利用我們在此報告的方法合成的新型配體開發新的、革命性的反應。”