Mechanism‐Guided, Data‐Driven Discovery of a Dinuclear Gold Catalyst for Promoting Oxidative Addition

双金属片 催化作用 化学 组合化学 反应性(心理学) 配体(生物化学) 芳基 阳离子聚合 氧化加成 齿合度 分解 氧化还原 还原消去 密度泛函理论 氧化磷酸化 贝叶斯优化 胶体金 反应条件 计算化学 氧化还原 反应机理 纳米技术 光化学 生物信息学
作者
Yulong Fu,Kelin Zhu,Zhensheng Jia,Duanyang Liu,Nan Zhang,Yaohang Cheng,Rui Chen,Andreas Dreuw,L C WANG,Jin Xie,Jie Han
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (37): e5035572-e5035572
标识
DOI:10.1002/anie.5035572
摘要

Gold catalysis is frequently constrained by the limited accessibility of Au(I)/Au(III) redox pathways, particularly for the direct oxidative addition (OA) of aryl halides. Here, we present a mechanistically guided and machine learning-accelerated strategy to design dinuclear gold complexes capable of facile OA with aryl iodides. Mechanistic DFT calculations reveal a favorable cationic Au(III)-Au(I) OA pathway localized at a single gold center within an electronically coupled bimetallic framework. Guided by this insight, 42 398 bidentate ligands have been screened using high-throughput virtual screening, multiobjective Bayesian optimization and DFT refinement. This approach identifies pyridine-phosphine (di-PN) ligands as privileged scaffolds, which can dramatically reduce the OA activation barrier and render the reaction exergonic. Interpretable machine learning and energy decomposition analyses elucidate that the enhanced reactivity arises from a synergy of geometric pre-distortion, axial electronic polarization, and adaptive Au-Au interactions. A representative predicted dinuclear gold catalyst has been synthesized and experimentally validated in a model sulfonylation reaction of iodobenzene, supporting the practical relevance of the computationally identified di-PN scaffold. This work establishes a mechanism-guided, data-driven workflow for evaluating ligand effects in dinuclear gold redox catalysis, with broader implications for multinuclear transition-metal catalyst development.
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