传统制备的单核金属催化剂在大多数情况下用于特定的单步有机转化，与使用单一单核金属催化剂进行有机转化的传统方法相比，一些多核金属催化剂由于不同金属的联合作用而表现出更强的催化活性——金属中心的紧密接近及其与多核金属系统中的底物分子的连续或顺序作用提供了均相和非均相催化的协同作用，即当反应底物与金属的结合亲和力在与另一种金属固定后增加时，可以观察到显著提高的反应性。总而言之，多核金属催化剂产生了大于它们相应的单核对应物的总和的组合效应。

随着经济的不断发展，人们对利用环境友好和经济节约型有机转化来实现更有效的方式生产所需产品的需求逐渐增加，基于前文中所提到的组合效应优势，多核金属催化剂系统的开发研究成为了有机催化领域的一大热点，因为这种催化合成策略可以最大限度地降低产品成本和废物形成。在过去的几十年中，多核金属催化剂得到了快速发展。甚至，这一概念的应用及其实践可以直接从大自然中学习，大自然提供了具有多个金属中心的广泛金属酶，这些金属酶中的金属中心以协同方式相互作用以实现有效的催化活性。如图 1 所示，天然酶脲酶利用两个镍 (II) 中心以协同方式催化尿素转化为氨和二氧化碳就是很好的例子。

图1：尿素酶辅助尿素水解。

工业上，通过酶催化剂模拟自然生物转化受到了极大的关注，因为通过一种以上的酶以有序的方式进行后续和巧妙的作用可以在单个反应中可以实现大量的生物转化。因此，工业界和学术界的化学家积极合作，开发并应用了不少多核金属催化来批量生产工业品。其中一个例子是通过 Cativa 工艺从甲醇中工业制备乙酸，该工艺包括使用促进的铱/碘化物催化剂对甲醇进行羰基化。Cativa 工艺还提供了对铑基催化剂的显着改进，钌羰基催化剂的存在促进了 Ir 催化的甲醇羰基化生成乙酸；NMR 光谱数据表明，钌和铱配合物的结合产生了一种中间体，其中两种金属通过卤化物桥连接在一起；铂和铱配合物的混合物也已成功用于甲醇羰基化生成乙酸通过使用由大环配体框架支撑的双核催化剂，双金属的积极组合效果和铑基体系的活性可以显着提高。双金属催化剂体系，如 Mo-Co、Re-Pt和 Mo -Ni在工业上也用于石油醚重整和加氢脱硫过程。

本期为大家介绍由印度加尔各答大学的Ramananda Maity等发表的关于多核金属催化剂的协同作用相关的发展和应用—文。文中作者总结道，多核金属催化剂体系的合成和功能化在现代有机合成中已经有了广泛的发展，这些应用主要是通过以单锅串联方式组合几种催化转化，以更方便的方式促进复杂的催化转化。然而，对协同性进行定量测量的方法研究还处于起步阶段，最近的报告表明，可以通过能量分析来实现在分子水平上对更简单系统的协同性的测量；换而言之，经过整体单独子系统之间的相互作用能之和与整个系统的相互作用相对比，能在一定程度上够预测化学转化系统的协同性成功率。对于发生化学转化的系统，协同性可以通过考虑协同系统中的活化能与不带有这种活化部分的相应子系统的活化能来衡量，但对于更复杂的系统，一般只能在定性水平上确定协同性。

图2：不同的相互作用促生多核金属系统中的协同作用。

近年来，氧化还原可切换催化这一新兴领域取得了重大进展，并展示了其可能应用的潜力。虽然量子化学计算有助于更好地解释反应性，但作者表示还需要进一步研究以了解潜在的影响。此外，可以通过多种反应类型的结合，例如质子敏感或紫外线可切换位点，从而实现催化位点反应性的微调。