对反响途径的可视化是研讨杂乱化学反响机理的最有力办法之一。而在系综水平上对许多分子反响的监测只能得到均匀后的信息，因此关于单分子反响的实时监测才干到达这一方针。

  现在，北京大学化学与分子工程学院郭雪峰课题组，资料学院莫凡洋课题组与美国加州大学洛杉矶分校化学与生物化学系 Kendall N. Houk课题组运用石墨烯电极构筑了催化剂单分子结，对SuzukiMiyaura穿插偶联的催化进程进行了实时原位的高活络表征，清楚了长期存在争议的转金属化途径。

  清楚反响机理是开发、优化反响的重要条件。现如今，科学家们一般对体系中物种浓度进行细心的检测，或是进行含时的唯相动力学的范式研讨，为反响途径或机理的解析寻觅依据。但是，超出检测时间分辩率的快速进程、杂乱的转换机制以及深度的动力学信息很难通过检测体系物种浓度办法来提取。“浓度”的量仅给出了一系列系综均匀的信息。

  一个详细的事例便是诺奖反响SuzukiMiyaura反响。该反响用处广泛但其间两种或许的转金属化途径存在争议：该两种途径都会存在相同的物种，根据物种浓度的检测显得束手无策。第一种途径是氧化加成络合物 LPd(Ar)X（X = 卤化物）首要交流配体生成LPd(Ar)(OR)，然后与硼酸相互效果生成转金属化络合物。第二种途径是 LPd(Ar)X 直接与碱活化的络合物 ArB(OH)2(OR)-效果，产生转金属络合物（图 1）。虽然之前有报导运用模型体系对转金属化机制进行了机理研讨，但运用高活性 Pd 催化剂清晰区别两种机制一直是一项重要的科学难题。

  郭雪峰告知《我国科学报》，关于杂乱反响，能够从单分子的视点进行细心的检测，直接取得反响的本征性质。他们建立了具有高时间分辩率、原位、无损等特色的根据单分子电导的电学检测关键技能，而电极与分子的“相连”具有许多困难。一是电极的选取：需求精确制备纳米空隙的电极以连入单个分子；二是电极与单分子的衔接方法：这需求统筹考虑单分子电导与其和电极的界面耦合；三是分子的选取：要确认反响中的“单分子”研讨目标。所以这是一项极具应战的课题。

  在前期的工作中，郭雪峰课题组与协作者一同提醒被系综均匀掩盖的新机理和新现象。他们运用单分子器材调查到了单分子的立体电子效应、光致异构化反响、亲核替代反响、亲核加成反响、DielsAlder反响以及超分子弱相互效果等根本有机反响和化学进程，验证了该渠道的可靠性。

  “在最新的这项研讨中，咱们运用分子工程学原理，以具有纳米空隙、官能团化的石墨烯作为电极，以3个亚甲基作为单分子与电极之间的解耦基团，以钯催化剂作为单分子研讨目标，制备了单分子催化器材，并选用课题组自主研制的光电联用体系完成了对单一分子衔接的证明，进而在反响中监测催化剂的结构改动，完成了对SuzukiMiyaura偶联反响途径的直接精准监测。”郭雪峰介绍道，如图2所示。

  详细而言，在增加反响底物后，高速采样的电学渠道记录了四个首要电导状况的循环往复改动。对照试验与单分子分辩的光谱收集标明此刻已产生单分子催化的SuzukiMiyaura反响。一系列的操控试验、非弹性电子隧穿谱（IETS）和中间体操控试验，并结合理论模仿，严格地给出了这些电导状况相应化学结构的归属（图3）。重要的是，在催化循环中由配体交流物种Pd(OR)(Ar)向预转金属化四元环中间体的改动被直接观测。这是对Suzuki-Miyaura偶联反响途径的直接依据：氧化加成后通过配体交流的转金属化途径是占优的。

  单分子电学查验测验渠道的强壮性表现在大大简化了检测的新办法并供给了反响轨道的直观视图，有望成为改动科研范式、完成化学反响直接可视化的通用技能，为破译更杂乱的化学反响和生物进程供给了无限的机会。（来历：科学网）