Silylium ionmedieret 2+2 cycloaddition fører til 4+2 Diels-Alder reaktionsprodukter

dannelse af Kurt-komplekser M-int1(M = Ag eller Cu)

i sølvkassen koordineres 2,2′-bipyridin (bpy) til katalysatorsaltet agotf giver det bikoordinerede aktive center l-ag+ er relativt eksoterm med -23,1 kcal/mol (Fig. 3a). Det næste trin er koordinering af phthalasin 1A og alkyner 2A med blottede aktive sted L-Ag+ for at opnå kurskompleks Ag-int1, som er eksoterm med -30,3 kcal / mol.

Fig. 3: Reaktionsprofiler for dannelse af Kurt-komplekser Ag-int1 og Cu-int1.

Gibbs frie energier er i kcal / mol. Hydrogenatomet blev udeladt, og triisopropylsilyl (TIPS) gruppe blev forenklet til stor bold for klarhed. en Reaktionsprofil; B optimerede geometrier.

i den kobber (I) katalyserede iedda-reaktion er dannelsen af kurskompleks Cu-int1 meget eksergonisk (-60,8 kcal/mol). Den højere eksoterme energi af dannelse Cu-int1 kan være forårsaget af relativt lille diameter og høj positiv ladningstæthed af kobber(I). Cu-int1 er mere strukturelt kompakt sammenlignet med Ag-int1, og 2a koordinerer mere stærkere med kobber(i) atom (Fig. 3b). I både cu-int1 og Ag-int1 er siloksi 2A signifikante afvigelser fra linearitet og i CU-int1 tredobbelt binding C2-C3 forlænget fra 1,21 liter til 1.23 liter, mens i Ag-int1 C2-C3 binding langstrakt til 1,22 liter. Bindingsvinklen på c1c2c3 drejer fra 180 til 163,37 til cu-int1 og 170,6 til Ag-int1. Nuværende litteratur har afsløret en hel del godt karakteriseret kobber (I) og sølv(i) koordinerede alkyner-kurskomplekser og bekræfter, at kobber(i) koordinerer stærkere med alkyner end sølv(i) i disse kurskomplekser29. H1 NMR-og C13 NMR-eksperimentet bekræfter også tydelige interaktioner mellem alkyner med Ag(i) i DCM30.

Bemærk, at Kurt-komplekser Ag-in1 og Cu-int1 er det mest stabile mellemprodukt før reaktionen, vi vælger Ag-int1 og Cu-int1 som nulpunkt for henholdsvis sølv(i) og kobber(i) katalyseret IEDDA i den følgende diskussion.

Sølvkatalyseret Cycloaddition

termiske begrænsninger af orbital symmetri udgør meget udfordring for direkte cycloaddition. Desuden er direkte cycloaddition af 1a og 2a nødt til at bryde aromaticiteten af phthalasinringen. Vores beregning viser, at barrieren for denne proces så høj som 54,6 kcal/mol. Overgangsmetal giver udsigten til at fremme cycloaddition gennem aktive alkyner i kraft af valens d-orbitaler og lavere energi af metallacykliske mellemprodukter. Metalkatalyseret reaktion blev også undersøgt af teorien31, 32.

svarende til det meste af metalkatalyseret cycloadditionsreaktion er nukleofil tilsætning af phthalaser 1a med siloksalken 2A aktiveret af L-Ag+ det indledende trin (Fig. 4a).

Fig. 4: Formation sølv koordineret fire-medlem ring kompleks Ag-int3.

L henviser til 2,2 ‘ – bipyridin (bpy). Gibbs frie energier er i kcal / mol. Hydrogenatomet blev udeladt, triisopropylsilyl (TIPS) gruppe blev forenklet til big ball, og carbonatomet i ligand var hvidt indhyllet for klarhed. en Reaktionsprofil; B optimerede geometrier.

vores beregning viser, at dannelse af ethylensølvart Ag-int2 er energisk tilgængelig i stuetemperaturen med en barriere (Ag-TS1) 19,5 kcal/mol (Fig. 4a), er den nedre barriere for denne proces hovedsageligt fordi det ensomme par iltatom i Ag-TS1-konjugatet med Kurtis orbitaler af alkyne for at stabilisere den positive ladning af sølv(i). NBO-ladningsfordelingen viser den positive ladning, der overføres fra sølv(I) til nitrogenatomet fra Ag-int1 til Ag-int2 (n-atom fra -0,36 til -0,12, Ag-atom 0,71 til 0,52). 1A forbliver næsten plan i ethylensølvarten Ag-int2, hvilket indikerer, at aromaticiteten af 1a ikke ødelægges fuldstændigt i dette trin (Fig. 4b). Et alternativt trin til opnåelse af ethylensølvarter forekommer via angrebet fra C2-punktet, som er energisk ugunstigt med en barriere 32,4 kcal/mol.

Ag-int2-transformationen til sølv(I) koordineret fire-medlems ringkompleks Ag-int3 er energisk tilgængelig med en barriere (Ag-TS2) 14,3 kcal/mol. Sammenlignet med direkte cycloaddition mellem 1a og 2a kan sølv(i) katalysator effektivt sænke barrieren for denne proces (54,6 kcal/mol vs 19,5 kcal/mol). Forsøg bekræftede også, at sølv (i) og kobber(i) kan katalysere cycloaddition af alkyner og substituerede alkener med ganske godt udbytte i stuetemperatur16,30.

Silyliumionmedieret fire-medlems ringomlejring (sti a)

direkte migration af triisopropylsilylion (TIPS+) til dannelse af kvaternære ammoniumarter Ag-int4a er energisk ugunstigt med en barriere (Ag-TS3a, se supplerende Data 20) 31,9 kcal/mol. Silylium ion er notorisk ustabil, og TIPS+ ion dissocierer direkte gennem SN1-vejen er også energisk ugunstigt med en barriere så høj som 49.1 kcal / mol. Mod vores kemiske intuition er dissociation af tip + gennem OTf-anion SN2 nukleofilt angreb imidlertid ret let med en barriere (Ag-TS3) kun 14,9 kcal/mol (Fig. 5a). Den høje affinitet af sølv (I) med Alken anion kompenserer majoritetsdannelsesenergi af TIPSOTf og gjorde denne proces tilgængelig med kun 5,8 kcal/mol. Den stabiliserede energi af L-Ag+ i Ag-int4b så høj som 33,1 kcal/mol. Den stærke interaktion mellem sølv (I) og Alken gjorde Ag-int4b til en meget god afgangsgruppe. SO4 -, OTf-er ikke godt nukleofilt reagens, denne situation ændrede sig, når den konfronteres med en god afgangsgruppe. Yderligere, for den relative større størrelse af siliciumatom sammenlignet med carbonatom, den steriske beskyttelseseffekt af omfangsrige substituenter er mindre effektiv og kan tillade fem koordineret struktur, hvilket betyder, at mange dissociative SN1-type reaktioner i organisk kemi kan fortsætte gennem associativ-SN2 mekanisme med pentacoordinat overgangstilstand i siliciumkemi33.

Fig. 5: Silylium ion medieret fire-medlems ringomlægning for at give Ag-int7 (sti a).

L henviser til 2,2 ‘ – bipyridin (bpy). Gibbs frie energier er i kcal / mol. Hydrogenatom blev udeladt, og carbonatom af ligand var hvidt tilsløret for klarhed. Triisopropylsilyl (TIPS) er forenklet til stor bold undtagen desilikation proces og versa. en Reaktionsprofil; B optimerede geometrier.

TIPSOTf betragtes som anionstabiliseret silyliumion fra et syntetisk perspektiv, som er meget aktivt reagens til amino-og hydroksibeskyttelse. TIPS+ kan let overføres til nitrogenatom af tertiær Amin i Ag-int4b for at danne kvaternære ammoniumarter Ag-int4a gennem SN2 nukleofil tilsætning med en barriere (Ag-TS4a) 15,0 kcal/mol. I den kvaternære ammoniumart Ag-int4a er C – N-binding meget let at slappe af højspænding af fire-medlemsring og danne sølv(I) koordineret ketenart Ag-int4a-1 med en barriere (Ag-TS4a-1) kun 0,1 kcal/mol. I denne proces overføres positiv ladning fra nitrogen-og siliciumatomer (N-Si) til sølv-og carbonatomer (Ag-C). (NBO-ladningsfordeling viser, at opladningen af N-Si ændres fra 1,58 til 1.47, mens Ag-C-atomer ændres fra 0,19 til 0,32). Ag-int4a-1 kan let gennemgå ringlukning for at danne seks-medlem Ag-int5a med en barriere (Ag-TS5a) 10,7 kcal/mol, den positive ladning vender tilbage fra Ag-C til N-Si. (NBO-ladningsfordeling viser, at opladningen af N-Si ændres fra 1,47 til 1,79, og Ag-C ændres fra 0,32 til 0,16). Fra fire-medlem ring mellemliggende Ag-int4a til seks-medlem ring mellemliggende Ag-int5a, der faktisk oplever to gange elektronekstraktion konkurrence mellem Ag-C og Si-n, som er domineret af TIPS+ og L-Ag+. I Ag-int4a udtrækker den høje positive ladning af Si-n elektronen fra elektronrig Ag-C-binding, som fører til ring Åben af Ag-int4a for at danne Ag-int4a-1. Drivkraften i dette trin er høj positiv ladning af Si-N og høj spænding af fireleddet ring af Ag-int4a. barrieren fra sølv(I) koordinerede ketenarter Ag-int4a-1 til seks-medlems ring Ag-int5a er 10,7 kcal/mol. Selvom høj reaktivitet af ketenarter og dannelse af N=N-binding bidrager til dette trin, er denne proces endoterm på grund af silyliumionets høje syreindhold, drivkraften i dette trin er ekstrem høj eksoterm frigivelse N2. Generelt frigivelse N2 er meget eksoterm og gå gennem samordnet reaktion sti34,35. I denne reaktion, frigivelse N2 gå gennem trinvis mekanisme, som kan tilskrives høj positiv ladning af silylium ion (TIPS+). I Ag-int5a er længden af C-N-binding direkte links til silylium ion (TIPS+) 1,53 liter, en anden C-n-binding er 1.45 kr., som hovedsageligt skyldes høj positiv ladning af TIPS+. Den relativt længere C – N-binding induceret af tip+ i Ag-int5a indikerer dens relativt lette heterolysekarakter. Yderligere kan den elektronrige C-Ag-binding donere sin elektron til C-atomet efter heterolyse, dette er meget vigtig drivkraft for C-N-bindings heterolyse. Faktisk er denne heterolyseproces også en elektronekstraktionskonkurrence mellem Ag-C og Si-N, den positive ladning overført fra N-Si til C-Ag denne gang (NBO-ladningsfordeling viser, at elektronen ændrede sig fra 0,16 til 0,59 i C-Ag og 1,79 til 1.58 i N-Si fra Ag-int5a til Ag-int6a). På grund af disse grunde er barrieren for heterolyse C-N-binding og trinvis N2-frigivelse kun 2,9 kcal/mol. Hvis der ikke er nogen TIPS+ i denne struktur, kan reaktionen gå gennem samordnet mekanisme med en barriere (se Ag-TS7b i Fig. 6b) 6,7 kcal/mol. Silylium ion stabiliseret dinitrogen mellemliggende Ag-int6a er meget let at frigive N2, TIPS+ og Ag-int7 (den negative frie energibarriere i dette trin kommer fra entropi og enkeltpunkts energikorrektion). TIPS + kombination med Ag-int7 for at give slutproduktet er meget eksoterm (-60,3 kcal/mol).

keton-Enol tautomerisme sti vej (sti b)

i Ag-int4b er larr-carbon tæt på SP3-hybridisering. C-Ag-C-vinklen er 121,9 liter (Fig. 5b) kan den mellemliggende Ag-int4b, ligesom dens kurr-h-substituerede ketonanaloger, gennemgå keton-Enol-tautomerismestil intramolekylær isomerisering (Fig. 6) for at opnå Ag-int5b-1, som også er hastigheden bestemme trin af STI b (23,9 kcal/mol). Direkte dissociation af L-Ag+ fra Ag-int4b er energisk ugunstig med en barriere 33,1 kcal/mol (se supplerende Fig. 4.).

kobber(i) katalyseret IEDDA med SMC mekanisme

Fig. 7: kobber (I) katalyseret IEDDA.

L henviser til 2,2 ‘ – bipyridin (bpy). Gibbs frie energier er i kcal / mol. Hydrogenatomet blev udeladt, og carbonatomet i ligand var hvidt tilsløret for klarhed. Triisopropylsilyl (TIPS) er forenklet til stor bold undtagen desilikation proces og versa. en Reaktionsprofil; B optimerede geometrier.

reaktionsvej måde

AVC Kristi et al. udforsket mekanisme med densitet funktionel teori (DFT), i deres beregning forenklede de triisopropylsilyl (TIPS) gruppe i trimethylsilyl (TMS) gruppe og fandt ud af, at denne reaktion kan fortsætte gennem trinvis mekanisme17. Vi sammenlignede rate bestemme barriere (RDB) af vores foreslåede SMC mekanisme med trinvis mekanisme under deres model bruger forskellige niveauer af teori og fandt, at barrieren for vores foreslåede SMC mekanisme lavere end den trinvise mekanisme fra 9,8 kcal/mol til 11.2 kcal / mol, hvilket er en stærk støtte til, at vores foreslåede SMC-mekanisme er meget mere overlegen i forhold til trinvis mekanisme (se detaljer i supplerende tabel 1-3 og supplerende Fig. 1). Hvis vi bruger det samme referencepunkt som deres arbejde (L-Ag+, 1a og 2a som referencepunkt) og ingen reduceret model, er barrieren for sølvkatalyseret mekanisme 26,1 kcal/mol, hvilket også er i overensstemmelse med deres arbejde.

for yderligere at illustrere, at vores foreslåede SMC-mekanisme er mere velegnet til sølv(i) og kobber(i) katalyseret iedda-reaktion, evaluerede vi barrieren for traditionel reaktionsvej med relativt mere stabile kurskomplekser (Ag-int1 og Cu-int1) som referencepunkt.

med Ag-int1 som nulpunkt er barrieren for sølv(i) katalyseret trinvis mekanisme 33,3 kcal/mol og samordnet mekanisme 34 kcal/mol (Fig. 8a).

barrieren for kobberkatalyseret cycloaddition er meget høj med trinvis mekanisme 39,3 kcal/mol og den samordnede mekanisme 43,3 kcal/mol (Fig. 8b). Det er klart, at cykliseringsvej ikke foretrækkes både i sølv(i) og kobber (i) katalyseret iedda-reaktion.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.