Szililiumion által közvetített 2+2 cikloaddíció 4+2 Diel-éger reakciótermékhez vezet

M-int1(M = Ag vagy Cu)

ezüst esetben a 2,2′-bipiridin (bpy) koordinációja az AgOTf katalizátorsóhoz a bi-koordinált aktív központ l-AG+ viszonylag exoterm -23,1 kcal/MOL (ábra. 3a). A következő lépés a ftalazin 1a és a sziloxi-alkinek 2A koordinálása az L-Ag + csupasz aktív hellyel, hogy a -30,3 kcal/mol exoterm AG-int1 komplexet kapjuk.

Fig. 3.ábra: az AG-int1 és Cu-int1 komplexek képződésének reakcióprofiljai.

Gibbs szabad energiái kcal/mol-ban vannak megadva. A hidrogénatomot elhagytuk, és a triizopropil-szilil (TIPS) csoportot egyszerűsítettük big ball-ra az egyértelműség érdekében. a Reakcióprofil; B optimalizált geometriák.

a réz (I) katalizált IEDDA reakcióban a CU-int1-komplex képződése nagyon exergonikus (-60,8 kcal/mol). A CU-int1 képződés magasabb exoterm energiáját a réz(I) viszonylag kis átmérője és nagy pozitív töltéssűrűsége okozhatja. A Cu-int1 szerkezetileg kompaktabb az Ag-int1-hez képest, a sziloxi-alkin 2a pedig erősebben koordinálja a réz(I) atomot (ábra. 3b). Mind a Cu-int1-ben, mind az Ag-int1-ben a sziloxi-2A szignifikáns eltérések a linearitástól, valamint a Cu-int1 hármas kötésben a C2-C3 1,21-ről 1-re nyúlnak.23 .. míg az Ag-int1 C2-C3 kötés megnyúlik, hogy 1.22. A c1c2c3-as számú kötés szöge cu-int1-ben 180-ról 163,37-re, Ag-int1-ben pedig 170,6-ra csavarodik. A jelenlegi szakirodalom jó néhány jól jellemzett réz(i) és ezüst(I) koordinált alkint tárt fel, és megerősíti, hogy a réz(I) erősebben koordinálódik az alkinokkal, mint az ezüst (I) ezekben a komplexekben29. A H1 NMR és a C13 NMR kísérlet szintén megerősíti a sziloxi-alkinek és az Ag(I) közötti nyilvánvaló kölcsönhatásokat a DCM30-ban.

megjegyezzük, hogy az AG-in1 és a Cu-int1 komplexek a legstabilabb intermedierek a reakció előtt, az Ag-int1-et és a Cu-int1-et választjuk nulla pontként az ezüst(i) és a réz(I) katalizált IEDDA esetében a következő vitában.

ezüst katalizált Cikloaddíció

az orbitális szimmetria termikus korlátai nagy kihívást jelentenek a közvetlen cikloaddíció számára. Ezenkívül az 1a és 2A közvetlen cikloaddíciójának meg kell szakítania a ftalazin gyűrű aromáját. A számítás azt mutatja, hogy a gát ez a folyamat olyan magas, mint 54,6 kcal/mol. Az átmeneti fém lehetőséget kínál a cikloaddíció elősegítésére aktív alkineken keresztül a D-pályák valenciája és a metallaciklikus intermedierek alacsonyabb energiája révén. A fémkatalizált reakciót az elmélet is vizsgálta31, 32.

a legtöbb fémkatalizált cikloaddíciós reakcióhoz hasonlóan az első lépés az 1a ftalazinok nukleofil hozzáadása az L-Ag+ által aktivált 2A sziloxi-alkénnel (ábra. 4a).

Fig. 4: Formation ezüst koordinált négytagú gyűrű komplex Ag-int3.

az L a 2,2′-bipiridinre (bpy) utal. Gibbs szabad energiái kcal/mol-ban vannak megadva. A hidrogénatomot kihagyták, a triizopropil-szilil (TIPS) csoportot nagy golyóvá egyszerűsítették, a ligandum szénatomját pedig az egyértelműség érdekében fehér köpenybe burkolták. a Reakcióprofil; B optimalizált geometriák.

számításunk azt mutatja, hogy az Ag-int2 etilén ezüst Fajok képződése szobahőmérsékleten energetikailag hozzáférhető, gáttal (Ag-TS1) 19,5 kcal/mol (ábra. 4a), ennek a folyamatnak az alsó gátja elsősorban azért van, mert az AG-TS1 egyetlen oxigénatom-párja konjugálódik az alkin(I) pozitív töltésének stabilizálása céljából. Az NBO töltéseloszlás az ezüstből(I) a nitrogénatomhoz AG-int1-ről Ag-int2-re (N atom -0,36-tól -0,12-ig, Ag atom 0,71-0,52-ig) átvitt pozitív töltést mutatja. Az 1a ftalazin majdnem sík marad az AG-int2 etilén ezüst fajokban, ami azt jelzi, hogy az 1a aromássága ebben a lépésben nem pusztul el teljesen (ábra. 4b). Az etilén-ezüst Fajok előállításának alternatív lépése a sziloxi-alkin támadása a C2 pontból, amely energetikailag kedvezőtlen 32,4 kcal/mol gáttal.

az Ag-int2 ezüst(I) koordinált négytagú gyűrűs komplexgé alakul át, az Ag-int3 energetikailag hozzáférhető egy gáttal (Ag-TS2) 14,3 kcal/mol. Az 1a és 2A közötti közvetlen cikloaddícióval összehasonlítva az ezüst (I) katalizátor hatékonyan képes csökkenteni ennek a folyamatnak a gátját (54,6 kcal/mol vs 19,5 kcal/mol). A kísérlet azt is megerősítette,hogy az ezüst(I) és a réz(I) szobahőmérsékleten elég jó hozammal katalizálja a sziloxi-alkinek és szubsztituált alkének cikloaddícióját16, 30.

Szililium-ion által közvetített négytagú gyűrű átrendeződés (a út)

a triizopropil-szilil-ion (TIPS+) közvetlen migrációja kvaterner ammóniumfajt képezve az Ag-int4a gáton energetikailag kedvezőtlen (Ag-TS3a, lásd a 20.kiegészítő adatokat) 31,9 kcal/mol. A szililiumion közismerten instabil, és a TIPS + ion közvetlenül az SN1 útvonalon disszociál, energetikailag is kedvezőtlen, akár 49-es gáttal.1 kcal / mol. Ellen azonban a kémiai intuíció, disszociál tippek + keresztül OTf-anion SN2 nukleofil támadás elég könnyű egy gáton (Ag-TS3) csak 14,9 kcal/mol (ábra. 5a). Az ezüst(I) nagy affinitása az alkén anionhoz kompenzálja a TIPSOTf többségi képződési energiáját, és ezt a folyamatot csak 5,8 kcal/mol-val tette elérhetővé. Az L-Ag+ stabilizált energiája az Ag-int4b-ben akár 33,1 kcal/mol. Az ezüst(I) erős kölcsönhatása az alkénnel az Ag-int4b-t nagyon jó távozó csoporttá tette. Általában, gyenge Lewis bázis, például SO4−, OTf-nem jó nukleofil reagens, ez a helyzet megváltozott, amikor szembesült a jó távozó csoporttal. Továbbá a szilíciumatom relatív nagyobb mérete a szénatomhoz képest, a terjedelmes szubsztituensek szterikus védőhatása kevésbé hatékony, és öt összehangolt struktúrát tesz lehetővé, ami azt jelenti, hogy a szerves kémiában sok disszociatív SN1-típusú reakció asszociatív-SN2 mechanizmuson keresztül folytatódhat pentakoordinált átmeneti állapot a szilíciumkémiában33.

Fig. 5: A szililiumion közvetítette a négytagú gyűrű átrendeződését, így Ag-int7 (a út).

az L a 2,2′-bipiridinre(bpy) utal. Gibbs szabad energiái kcal/mol-ban vannak megadva. A hidrogénatomot kihagyták, a ligandum szénatomját pedig az egyértelműség érdekében fehér köpenybe burkolták. A triizopropil-szilil (TIPS) nagy golyóvá egyszerűsödik, kivéve a desilikációs folyamatot és fordítva. a Reakcióprofil; B optimalizált geometriák.

a TIPSOTf szintetikus szempontból anion stabilizált szililiumionnak tekinthető, amely nagyon aktív reagens az amino-és hidroxi-védelemhez. A TIPS + könnyen átvihető a tercier amin nitrogénatomjába az Ag-int4b-ben, hogy kvaterner ammóniumfajokat képezzen Ag-int4a keresztül SN2 nukleofil addíció gáttal (Ag-TS4a) 15,0 kcal/mol. Az AG-int4a kvaterner ammóniumfajokban a C-N kötés nagyon könnyen ellazítható a négytagú gyűrű Nagy feszültsége és ezüst(I) koordinált ketén Fajok Ag-int4a-1 gáttal (Ag-TS4a-1) csak 0,1 kcal/mol. Ebben a folyamatban a pozitív töltés a nitrogén-és szilíciumatomokból (N-Si) az ezüst-és szénatomokba (Ag-C) került át. (Az NBO töltéseloszlása azt mutatja, hogy az N-Si töltése 1,58-ról 1-re változik.47, míg az Ag-C atomok 0,19-ről 0,32-re változnak). Az Ag-int4a-1 könnyen gyűrűzáródáson megy keresztül, hogy hattagú Ag-int5a-t képezzen egy gáttal (Ag-TS5a) 10,7 kcal/mol, a pozitív töltés visszatér Ag-C-ről N-Si-re. (Az NBO töltéseloszlása azt mutatja, hogy az N-Si töltése 1,47-ről 1,79-re, az Ag-C pedig 0,32-ről 0,16-ra változik). Az Ag-int4a négytagú gyűrűs köztiterméktől az Ag-int5a hattagú gyűrűs köztitermékig az Ag-C és az Si-N között kétszer is tapasztalható elektronkivonási verseny, amelyet a TIPS+ és az L-Ag + dominál. Az Ag-int4a-ban az Si-N magas pozitív töltése kivonja az elektront az elektronban gazdag Ag-C kötésből, amelyek az Ag-int4a gyűrű nyitásához vezetnek Ag-int4a-1 képződéséhez. Ennek a lépésnek a hajtóereje az Si-N magas pozitív töltése és az Ag-int4a négytagú gyűrűjének nagy feszültsége. az AG-int4a-1 Ezüst(I) koordinált keténfajtól a hattagú Ag-int5a gyűrűig terjedő gát 10,7 kcal/mol. Bár a ketén fajok nagy reaktivitása és az N=N kötés kialakulása hozzájárul ehhez a lépéshez,ez a folyamat endoterm a szililiumion magas Lewis savassági jellege miatt, ennek a lépésnek a hajtóereje az N2 felszabadulás rendkívül magas exoterm. Általában az N2 felszabadulás erősen exoterm, és összehangolt reakcióúton megy keresztül34, 35. Ebben a reakcióban engedje el az N-T2 lépésenkénti mechanizmuson megy keresztül, amely a szililiumion (TIPS+) magas pozitív töltésének tulajdonítható. Az Ag-int5a-ban a C-N kötés hossza közvetlenül kapcsolódik a szililium-ionhoz (tippek+) 1,53^, egy másik C-n kötés 1.45++, amelyet elsősorban a tippek magas pozitív töltése okoz+. Az AG-int5a TIPS által indukált viszonylag hosszabb C-N kötés viszonylag könnyű heterolízis jellegét jelzi. Ezenkívül az elektronban gazdag C-Ag kötés heterolízis után adományozhatja elektronját a C atomnak, ez a C-N kötés heterolízisének nagyon fontos hajtóereje. Valójában ez a heterolízis folyamat az AG-C és az Si-N közötti elektronkivonási verseny is, az N-Si-ről a C-Ag-ra átvitt pozitív töltés ezúttal (az NBO töltéseloszlás azt mutatja, hogy az elektron 0,16-ról 0,59-re változott a C-Ag-ban és 1,79-ről 1-re.58 N-Si-ben Ag-int5a-tól Ag-int6a-ig). Ezen okok miatt a heterolízis C-N kötésének és az N2 fokozatos felszabadulásának gátja csak 2,9 kcal/mol. Ha ebben a szerkezetben nincsenek tippek+, akkor a reakció összehangolt mechanizmuson megy keresztül egy gáttal (lásd az AG-TS7b ábrát. 6b) 6,7 kcal/mol. Az AG-int6a szililiumion-stabilizált dinitrogén köztitermék nagyon megkönnyíti az N2, TIPS+ és Ag-int7 felszabadulását(ennek a lépésnek a negatív szabadenergia-gátja az entrópia és az egypontos energiakorrekció). Tippek + kombináció Ag-int7, hogy a végtermék erősen exoterm (-60,3 kcal/mol).

keton-enol tautomerizmus út út (B út)

az Ag-int4b-ben a szén-dioxid közel áll az sp3 hibridizációhoz. A C-Ag-C szög 121,9 ^ (ábra. 5B), mint annak, hogy a (D)-H szubsztituált keton-analógjai, az AG-int4b köztitermék is átmehet keton-enol tautomerizmus stílus intramolekuláris izomerizáció (ábra. 6) az Ag-int5b-1 megszerzéséhez, amely szintén a sebesség határozza meg a B út lépését (23,9 kcal/mol). Az L-Ag+ AG-int4b-től való közvetlen disszociációja energetikailag kedvezőtlen 33,1 kcal/mol gáttal(lásd a kiegészítő ábrát. 4.).

réz (I) katalizált IEDDA SMC mechanizmussal

Fig. 7: réz (I) katalizált IEDDA.

az L a 2,2′-bipiridinre(bpy) utal. Gibbs szabad energiái kcal/mol-ban vannak megadva. A hidrogénatomot kihagyták, a ligandum szénatomját pedig az egyértelműség érdekében fehér köpenybe burkolták. A triizopropil-szilil (TIPS) nagy golyóvá egyszerűsödik, kivéve a desilikációs folyamatot és fordítva. a Reakcióprofil; B optimalizált geometriák.

reakcióút út

AVC stb. a density functional theory (DFT) mechanizmusát vizsgálva kiszámításuk során egyszerűsítették a triizopropil-szilil (TIPS) csoportot trimetil-szilil (TMS) csoportra, és megállapították, hogy ez a reakció lépésről lépésre haladhat tovább17. Összehasonlítottuk a javasolt SMC mechanizmusunk sebességmeghatározó gátját (RDB) a modelljük szerinti lépésenkénti mechanizmussal, különböző elméleti szinteket alkalmazva, és megállapítottuk, hogy a javasolt SMC mechanizmus gátja alacsonyabb, mint a lépésenkénti mechanizmus 9,8 kcal/mol-tól 11-ig.2 kcal / mol, ami erősen alátámasztja, hogy javasolt SMC mechanizmusunk sokkal jobb, mint a lépésenkénti mechanizmus (lásd a részleteket az 1-3. 1). Ha ugyanazt a referenciapontot használjuk, mint a munkájuk (l-Ag+, 1a és 2A referenciapontként), és nincs redukált modell, akkor az ezüst katalizált mechanizmus gátja 26,1 kcal/mol, ami szintén összhangban van a munkájukkal.

annak érdekében, hogy tovább illusztráljuk, hogy a javasolt SMC mechanizmus jobban megfelel az ezüst(I) és a réz(I) katalizált IEDDA reakciónak, a hagyományos reakcióút gátját értékeltük, viszonylag stabilabb (Ag-int1 és Cu-int1) referenciapontként.

az Ag-int1 mint nulla pont, az ezüst(I) katalizált lépésenkénti mechanizmus gátja 33,3 kcal/mol, az összehangolt mechanizmus pedig 34 kcal/mol (ábra. 8a).

a réz-katalizált cikloaddíció gátja nagyon magas, lépcsőzetes mechanizmussal 39,3 kcal/mol, az összehangolt mechanizmussal pedig 43,3 kcal/mol (ábra. 8b). Nyilvánvaló, hogy a ciklizációs út nem előnyös mind az ezüst(i), mind a réz(I) katalizált IEDDA reakcióban.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.