金催化是近年來快速發展的有機合成策略，因其對C–C多鍵具有獨特的π酸活化能力，被廣泛應用于碳–碳鍵和碳–雜原子鍵的構建等重要領域。與傳統的過渡金屬催化體系相比，金催化體系在溫和條件下展現出更高的選擇性和官能團耐受性，尤其在炔烴活化反應中具有無可替代的優勢。

然而，金的氧化還原電位較高（Au(I)/Au(III) = 1.41?V），使得其在氧化還原催化循環中的Au(I)氧化步驟在熱力學和動力學上均面臨挑戰。

此外，現有策略多依賴強氧化劑（如PIDA、Selectfluor等）推動反應進行，但這類氧化劑往往伴隨著原子經濟性差、官能團不耐受等問題，從而限制了金氧化還原催化在復雜底物中的廣泛應用。

為了解決這一問題，德國海德堡大學A. Stephen K. Hashmi院士、北京大學焦寧（國家杰青/長江學者）團隊合作在Nature Chemistry期刊上發表了題為“Bidentate N-ligand-assisted gold redox catalysis with hydrogen peroxide”的最新論文。

該團隊構建了一種基于雙齒N-配體（如Phen、Bpy）輔助的金氧化還原催化體系，創新性地使用環境友好且廉價的過氧化氫（H?O?）作為氧化劑，實現在溫和含水條件下的高效催化反應。該體系在多類偶聯反應中展現出優異性能，尤其成功實現了C(sp)–C(sp)交叉偶聯、炔化環化反應以及難度更高的雙環化交叉偶聯反應。

機理研究表明，雙齒N-配體不僅增強了金的π配位活性，還顯著促進了Au(I)氧化和Au(III)還原消除過程，避免了Au–OH中間體脫水失活的問題。通過構建乙炔基-Au(III)-OH和乙烯基-Au(III)-OH關鍵中間體，該體系實現了π活化與氧化還原過程的協同催化，有效提升了催化效率與底物適應性。上述成果為金催化提供了新的氧化策略與反應模式，拓展了其在有機合成領域的應用前景。

研究亮點

（1）實驗首次開發了一種雙齒N-配體（如Phen、Bpy）輔助的金氧化還原催化體系，以環境友好、廉價的過氧化氫（H?O?）作為氧化劑，實現了在含水體系中進行的高效金氧化還原催化反應。該體系克服了傳統金催化中需使用強氧化劑帶來的原子經濟性差及官能團兼容性差等問題。

（2）實驗通過引入雙齒N-配體，實現了Au(I)物種的高效氧化和Au(III)中間體的穩定控制。具體結果包括以下幾個方面：

首先，該催化體系成功實現了C(sp)–C(sp)交叉偶聯反應，尤其在芳香端炔與脂肪端炔，以及結構相似炔烴之間，展現出良好的選擇性與產率；

其次，該體系在炔類底物的環化–炔化反應中表現出優異活性，反應條件溫和，兼容性好；

最為關鍵的是，實驗還首次實現了兩個環化底物之間的C(sp2)–C(sp2)雙環化交叉偶聯反應，擴展了金催化偶聯反應的反應類型與應用邊界；

機理研究表明，雙齒N-配體在整個催化循環中起核心作用，其促進了π鍵活化、Au(I)氧化為Au(III)，以及后續還原消除過程的順利進行；關鍵中間體包括烷炔基-Au(III)-OH與烯基-Au(III)-OH物種，揭示了π活化與氧化協同作用的新機制。

圖文解讀

圖1.金氧化還原催化及研究策略。

圖2.綜合合成應用。

圖3.機理研究。

圖4.可能的反應路徑。

本文開發了一種由雙齒N-配體、金催化劑和過氧化氫（H?O?）組成的金氧化還原催化體系，不僅是現有方法的更具吸引力的替代方案，同時也為金催化提供了一種獨特的新工具。該體系采用易得的雙齒N-配體和金催化劑，并結合綠色廉價的氧化劑H?O?，可廣泛適用于多種類型的偶聯反應，包括C(sp)–C(sp)交叉偶聯、C(sp2)–C(sp)環化偶聯以及C(sp2)–C(sp2)雙環化偶聯。

該催化體系具備原子經濟性高、合成成本低、反應條件溫和、選擇性優異、底物適用范圍廣以及良好的官能團耐受性等諸多優點，展示了其在金氧化還原催化領域的巨大應用潛力。通過克級規模的合成實驗和多樣的衍生轉化反應進一步驗證了該催化體系在有機合成中的實用性和可擴展性。

一系列控制實驗及電噴霧質譜（ESI-MS）分析表明，該反應歷經Au(I)/Au(III)氧化還原循環，烷炔基-Au(III)–OH中間體（III）和烯基-Au(III)–OH中間體（VI）是關鍵物種，而雙齒N-配體（如Phen）在整個催化循環中發揮著至關重要的作用。我們預計，這一由雙齒配體促進、以H?O?為氧化劑的金氧化還原催化策略將在C–C偶聯、環化偶聯以及π鍵活化與氧化協同機制等領域獲得廣泛而令人興奮的應用。

Shi, H., Rudolph, M., Li, J. et al. Bidentate N-ligand-assisted gold redox catalysis with hydrogen peroxide. Nat. Chem. (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01835-7

（來源： 北京大學 版權屬原作者 謹致謝意）