甲基化的环戊二烯基配体，尤其是五甲基环戊二烯基（Cp *），常被用做过渡金属配合物的η5–π键合的配体。Cp *和类似Cp *的配体与d6轨道电子低旋的金属离子RhIII和IrIII可以形成高度稳定的配合物。这样的配合物有广泛的用途，可以做催化剂或/和抗癌药物的活性成分。通常，我们认为半夹心的配合结构的抗癌中心是金属离子本身，用水替换掉初始的氯化物可以促进其与目标生物分子的结合，但在生物学条件下涉及Cpx配体的直接反应尚待研究。
一般而言，碳氢化合物的碳氢键非常稳定，难以活化，虽然目前有铂族金属的电子效应能促进碳-氢键的活化。但是，已知的Cpx活化反应的条件很严苛，反应速度也慢，有的活化反应需长达三天。
在这个研究里，作者发现某些有机金属RhIII半夹心结构抗癌复合物中的CpxC–H质子，可在一定有机物如联吡啶，二甲基联吡啶催化下进行快速连续氘化。DFT计算表明这种机制涉及通过Rh-羟基过氧化物络合物提取Cp *质子，然后依次进行H / D交换，Cp *环的行为类似于动态分子“扭曲”。计算结果表明N，N0螯合配体的pp轨道在稳定去质子化的Cpx配体中的关键作用，以及RhI富烯中间体的可及性。
在温和的水环境中很难激活碳氢化合物中的C-H键，但作者发现这对于某些RhⅢ环戊二烯基配合物是比较容易实现的。因此，作者合成了十二种配合物（如下图）以研究这类化合物的性质。
作者将氯化络合物1和氯化络合物3–10溶于在60%甲醇-d4和40%重水的溶液中（1.4mM，310K）与AgNO3反应生成水加合物，再进行核磁共振1H谱图分析，但是并没有观察到络合物中甲基质子相对应的共振尖锐单峰。为了鉴定产生的物质，作者在72小时后记录每个产物的FT-ICR质谱，发现这是络合物1和3-10中Cpx被氘化导致的。因此这些配合物的环戊二烯配体在温和的条件下就容易发生氘化。同时，作者没有观察到络合物2和络合物11的氘化。
为进一步探明氯化络合物氘化发生的条件，作者利用核磁共振1H谱图分析观察到峰强度逐渐降低，并且Cpx甲基1H峰分裂和展宽,因此氘化是通过氘从D1到D15顺序替换甲基质子而发生的，是完全氘化，作者也由此发现了铑-水加合物的形成对氘化至关重要。
为深入了解化合物IrIIIbpy和RhIIIen之间和非活性铑（Ⅲ）en或铱（Ⅲ）bpy络合物之间的氘化机理和行为差异，作者采用DFT计算揭示了在配位Cpx环中，在bpy或phen的存在下，策略性放置的Rh-OD基团在从配位Cpx环中提取质子中的作用。这些配体有助于稳定脱质子的Cpx-H二价阴离子。Cpx环的行为就像一个“分子捻线器”，它在绕Cpx-Rh和ring-CH3轴旋转几乎没有阻碍，这也保证了络合物的快速连续氘化。
密度泛函理论（density functional theory, DFT）计算也预测了Cpx2-配体通过电子的转移Rh（Ⅰ）-fulvene来形成的中间体的可能性。谷胱甘肽或N-甲基马来酰亚胺不能和外环的C=CH2反应生成加成产物。然而，捕获Rh（Ⅰ）-fulvene中间体在天然共轭二烯的Diels-Alder[4+2]-环加成反应中是非常容易进行的。
综上所述，作者合成了十二种RhⅢ环戊二烯基配合物并研究了这些化合物的性质，找到Cpx被氘化是这些配合物合物中的C-H键易被激活的原因，发现在温和条件下水溶液中与金属键合的富烯的Diels-Alder反应是前所未有的。这个研究还为一些尚未解决的问题带来了答案，所发现的新颖的作用机理也新概念引入有机金属Cp *抗癌复合物的设计中，为新型抗癌药物的研发提供了新方法。
作者：WYD、ZCF、ZHY、ZSH
原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/SC/C7SC05058E#!divAbstract
