华中科技大学廖荣臻和李曼课题组采用高精度密度泛函理论计算，系统研究了钯(0)和铜(I) 协同催化异氰酸酯与烯丙基碳酸酯反应生成烯丙基吲哚的机理，并通过对主要竞争反应即生成N-烯丙基氨基甲酸酯化合物的探究，揭示了产物选择性的起源。

过渡金属催化是现代有机合成中精准构建化学键强有力的工具。双过渡金属协同催化策略因其可以实现经典单金属催化难以实现的反应而受到广泛关注。双过渡金属协同催化采用两种催化剂分别活化两种底物，从而有效降低反应势垒，大大提高反应发生的概率。在众多已报导的双过渡金属协同催化反应中，Pd/Cu协同催化表现出优异的催化性能。2002年，Yamamoto等人报道了Pd/Cu协同催化 2-(1-戊炔基)苯基异氰酸酯与烯丙基甲基碳酸酯吲哚的反应。实验表明(图1)，单独使用Pd(PPh₃)₄催化剂时，反应只能生成N-烯丙基氨基甲酸酯化合物P1；使用Pd(PPh₃)₄和CuCl共催化时，反应则能选择性生成目标产物吲哚。

为揭示这一Pd/Cu协同催化反应机理，明晰反应中各催化剂的作用以及产物选择性的来源，廖荣臻教授课题组采用DFT计算对上述反应进行了系统研究。计算结果表明，单独使用Pd(PPh3)4催化剂，在动力学上生成吲哚产物远不如生成N-烯丙基氨基甲酸酯有利；CuCl催化剂的加入可以显著降低分子内环化步骤的能垒，有效地促进吲哚产物的形成。进一步对环化过程的分析表明，CuCl可以作为Lewis酸以π-配位方式活化直线型C≡C键，这种配位模式一方面增强了炔基的亲电性；另一方面，配位后的炔基在形成五元环过渡态时产生的结构形变较小，有助于异氰酸酯向吲哚产物的选择性转化。

该理论计算研究揭示了Pd/Cu协同催化氰酸酯选择性转化为吲哚的反应机理和产物选择性起源，为理解协同催化反应过程和影响产物选择性的因素提供了理论依据。