研究人員利用X 射線光晶體學技術成功捕捉到了關鍵的Rh-酰基硝基中間體，揭示了過渡金屬-硝基轉移過程。在基礎科學研究所（IBS）催化烴功能化中心主任張碩輔（Chang Sukbok）的領導下，該中心的研究小組在掌握催化反應中一個關鍵中間體的結構和反應性方面取得了重大進展。

基礎科學研究所（IBS）的研究人員通過實驗證實了催化胺化反應過程中產生的過渡金屬-亞硝基中間體的結構和性質。資料來源：基礎科學研究所

這種中間體被稱為過渡金屬-亞硝基，在將碳氫化合物轉化為酰胺（製藥和材料科學領域的重要物質）的過程中發揮著重要作用。

在化學反應中，中間體是反應物轉化為產物過程中形成和消耗的物質。因此，了解這些中間產物對於改進反應途徑和開發高效催化劑至關重要。例如，含氮化合物構成了約90% 藥品的骨架，也是材料科學中必不可少的物質。因此，在將氮基官能團引入碳氫化合物原料的胺化反應中，確定其中涉及的中間產物非常重要。

金屬-硝基類物質被認為是關鍵的催化中間體，它可以產生有價值的含氮分子，包括內酰胺和丙烯酰胺，這些分子被認為是醫藥和生物活性天然產品的重要支架。資料來源：基礎科學研究所

研究人員認識到了解胺化反應中反應中間體的結構和性質的重要性。尤其是利用過渡金屬催化劑和二噁唑酮試劑的反應被認為對藥物化學和材料科學非常有用，全球有120 多個研究小組為這一領域的發展做出了貢獻。

從根本上理解這些反應的關鍵在於研究過渡金屬催化劑與二噁唑酮試劑結合後形成的反應中間體–即金屬酰亞胺。由於這些中間體具有高反應性，只能短暫存在，因此研究起來非常困難。此外，傳統的催化反應通常發生在溶液中，中間物質很快就會與其他分子發生反應，因此研究起來更加困難。

利用與銠結合的二噁唑酮配位複合物的單晶，研究人員通過光晶分析觀察到了夢寐以求的銠-酰亞胺類物質。當二噁唑酮與過渡金屬催化劑反應生成金屬酰亞胺時，會擠出一個二氧化碳分子。在這裡觀察到的晶體結構中，二氧化碳分子恰好位於生成的Rh-nitrenoid 和反陰離子之間。資料來源：基礎科學研究所

為了應對這一挑戰，基礎科學研究所團隊設計了一種使用X 射線光晶體學的實驗方法。此外，他們還重點跟踪固態而非液態溶液中的化學反應。為此，他們開發了一種帶有雙齒二噁唑酮配體的新型髮色銠配合物，在這種配合物中，光誘導的金屬-配體電荷轉移啟動了苯等烴源的催化CH酰胺化反應。

利用這種新設計的系統，研究人員合成了一種可分離的銠-二噁唑酮配位複合物。然後，通過使用同步輻射（浦項加速器實驗室）進行光誘導單晶X 射線衍射分析，他們首次成功揭示了銠-酰亞胺中間體的結構和性質。此外，這項研究還旨在實現對銠-酰基腈在固相中向外部親核體轉移過程的晶體學監測，從而提供完整的亞硝基轉移過程的機理快照。

研究人員還製備了銠-二噁唑酮和丙酮分子的共晶體，從而進一步進行了光晶體學分析，以監測腈類向作為外部親核體的丙酮分子轉移的過程。這些結果證實了銠-酰亞硝基中間體的親電反應性質。資料來源：基礎科學研究所

與以往涉及金屬-硝基中間體的催化領域的研究相比，這項突破性研究向前邁出了一大步。通過觀察催化反應中的金屬-nitrenoid 中間體，該研究為了解它們的反應性提供了至關重要的見解。這些發現有望為未來開發更具反應性和選擇性的烴胺化反應催化劑做出貢獻。

張碩輔強調了這一發現的重要性，他說：”我們通過實驗捕捉到了過渡金屬-nitrenoid 中間體，而這一中間體的存在只是假設，很難證明。他進一步指出，這項研究將為設計可用於各行各業的高活性和選擇性催化劑提供重要線索，甚至有可能為開發”通用催化劑”做出貢獻。