シリリウムイオン媒介2+2環化付加は4+2ディールス-アルダー反応生成物につながる

Γ錯体の形成M-int1(M=AgまたはCu)

銀の場合、2,2′-ビピリジン(bpy)の触媒塩AgOTfへの配位は二配位を与える活性中心l-ag+は-23.1Kcal/molで比較的発熱性である(図。 3a)。 次のステップは、フタラジン1aとシロキシアルキン2aの裸の活性部位L-Ag+との配位であり、-30.3kcal/molで発熱するγ複合体Ag-int1を得ることである。

図1.1.1. Γ-錯体Ag-int1およびCu-int1の形成の反応プロファイル。

ギブスの自由エネルギーはkcal/molである。 水素原子を省略し,トリイソプロピルシリル(TIPS)基を明確にするために大きなボールに簡略化した。 A反応プロファイル;b最適化されたジオメトリ。

銅(I)触媒IEDDA反応では、γ錯体Cu-int1の形成は非常にexergonic(-60.8kcal/mol)です。 形成Cu-int1のより高い発熱エネルギーは、比較的小さな直径と銅(I)の高い正電荷密度によって引き起こされる可能性があります。 Cu-int1はAg-int1と比較して構造的にコンパクトであり、シロキシアルキン2aは銅(I)原子とより強く配位しています(図1)。 3b)。 Cu-int1とAg-int1の両方で、シロキシ2a直線性からの有意な偏差とCu-int1三重結合C2-C3は1.21Åから1に伸長する。23Å Ag-int1C2-C3結合では1.22Åに伸長する。 Σ C1C2C3の結合角は、Cu-int1では180°から163.37°、Ag-int1では170.6°にねじれます。 現在の文献では、かなりの数のよく特徴付けられた銅(I)と銀(I)配位アルキンγ錯体を明らかにし、これらのγ錯体で銅(I)が銀(I)よりもアルキンと強い配 H1NMRとC13NMR実験はまた、dcm30中のAg(I)とシロキシアルキンとの間の明らかな相互作用を確認します。

γ錯体Ag-in1とCu-int1が反応前に最も安定な中間体であることに注意してください、我々は以下の議論では、銀(I)と銅(I)触媒IEDDAのゼロ点としてAg-int1とCu-int1を選択します。

銀触媒環化付加

軌道対称性の熱的制約は、直接環化付加に多くの課題を提起する。 さらに、1aおよび2aの直接環化付加は、フタラジン環の芳香族性を破壊する必要がある。 私たちの計算は、このプロセスの障壁が54.6kcal/molと高いことを示しています。 遷移金属は価数d軌道と金属環式中間体の低エネルギーにより活性アルキンを介して環化付加を促進する見通しを提供する。 金属触媒反応もtheory31,32によって調べた。

ほとんどの金属触媒による環化付加反応と同様に、L-Ag+によって活性化されたシロキシアルケン2aとフタラジン1aの求核付加が初期段階である(図。 4a)。

図1.1.1. 4:形成銀は四メンバーリング複合体Ag-int3を調整しました。

Lは2,2′-ビピリジン(bpy)を指す。 ギブスの自由エネルギーはkcal/molである。 水素原子は省略され、トリイソプロピルシリル(TIPS)基は大きなボールに単純化され、配位子の炭素原子は明確にするために白色クロークされた。 A反応プロファイル;b最適化されたジオメトリ。

我々の計算は、エチレン銀種Ag-int2の形成が障壁(Ag-TS1)19.5kcal/molで室温でエネルギー的にアクセス可能であることを示している(図。 4a)、このプロセスの低い障壁は、アルキンのπ軌道と共役Ag-TS1中の酸素原子の孤立電子対が銀(I)の正電荷を安定化させるために主にあります。 NBO電荷分布は、銀(I)からAg-int1からAg-int2(n原子-0.36から-0.12、Ag原子0.71から0.52)に窒素原子に移動する正電荷を示す。 フタラジン1aはエチレン銀種Ag-int2にほぼ平面のままであり、これは1aの芳香族性がこの段階で完全に破壊されないことを示している(図。 4b)。 エチレン銀種を得るための代替ステップは、c2点からのシロキシアルキンの攻撃を介して起こり、これは障壁32.4kcal/molでエネルギー的に不利である。

Ag-int2は銀(I)配位四員環複合体Ag-int3に変換され、バリア(Ag-TS2)14.3kcal/molでエネルギー的にアクセス可能である。 1aと2aの間の直接環化付加と比較して、銀(I)触媒は、このプロセス(54.6kcal/mol対19.5kcal/mol)の障壁を効率的に下げることができる。 実験はまた、銀(I)と銅(i)が室温でかなり良い収率でシロキシアルキンと置換アルケンの環化付加を触媒することができることを確認しました16,30。

シリリウムイオン媒介四員環再配列(パスa)

トリイソプロピルシリルイオン(TIPS+)の第四級アンモニウム種Ag-int4aを形成するための直接移動は、障壁(Ag-Ts3A、補足データ20参照)31.9kcal/molでエネルギー的に不利である。 シリリウムイオンは不安定であり、TIP+イオンはSN1経路を介して直接解離し、49という高い障壁を持つエネルギー的に不利である。1kcal/mol。 しかし、我々の化学的直感に対して、OTf−アニオンSN2求核攻撃を介したTIPS+の解離は、障壁(Ag-TS3)のみ14.9kcal/molで非常に簡単です(図。 5a)。 アルケンアニオンと銀(I)の高い親和性は、TIPSOTfの大部分の形成エネルギーを補償し、このプロセスはわずか5.8kcal/molでアクセス可能にした。 Ag-int4bのL-Ag+の安定化されたエネルギーは33.1kcal/molと高い。 銀(I)とアルケンとの強い相互作用は、Ag-int4bを非常に良好な脱離基にした。 一般的に、SO4−、OTf−のような弱いルイス塩基は良好な求核試薬ではなく、良好な脱離基と対峙するとこの状況が変化する。 また、炭素原子に比べてケイ素原子のサイズが相対的に大きい場合、かさばる置換基の立体保護効果はあまり効果的ではなく、五つの配位構造を可能にすることができるため、有機化学における多くの解離性SN1型反応は、ケイ素化学における五配位遷移状態との会合-SN2機構を介して進行することができる33。

図1.1.1. 5: シリリウムイオンはAg-int7(パスa)を与えるために四員環再配列を媒介した。

Lは2,2′-ビピリジン(bpy)を指す。 ギブスの自由エネルギーはkcal/molである。 水素原子は省略し、配位子の炭素原子は明瞭にするために白色クロークした。 トリイソプロピルシリル(TIPS)は脱塩プロセスとその逆を除いて大きなボールに単純化されている。 A反応プロファイル;b最適化されたジオメトリ。

TIPSOTfは、合成の観点からアニオン安定化シリリウムイオンとみなされ、アミノおよびヒドロキシ保護のための高活性試薬である。 TIPS+はAg-int4bの第三級アミンの窒素原子に容易に障壁(Ag-Ts4A)が付いているSN2求核付加によって第四級アンモニウム種Ag-int4aを形作るために15.0kcal/mol移すことができます。 第四級アンモニウム種Ag-int4aでは、C-N結合は四員環の高張力を緩和し、障壁(Ag-Ts4A-1)のみ0.1kcal/molで銀(I)配位ケテン種Ag-int4a-1を形成することは非常に容易である。 このプロセスでは、窒素原子とケイ素原子(N-Si)から銀原子と炭素原子(Ag-C)に正電荷が移動しました。 (NBO電荷分布は、N-Siの電荷が1.58から1に変化することを示しています。Ag-C原子は0.19から0.32に変化する)。 Ag-int4a-1は容易に閉環を受けて障壁(Ag-Ts5A)10.7kcal/molで六員Ag-int5aを形成することができ、正電荷はAg-CからN-Siに戻る。 (NBO電荷分布は、N-Siの電荷が1.47から1.79に変化し、Ag-Cが0.32から0.16に変化することを示しています)。 四員環中間体Ag-int4aから六員環中間体Ag-int5aまで、実際にはTIPS+とL-Ag+によって支配されているAg-CとSi-Nの間で二度の電子抽出競争を経験する。 Ag-int4aでは、Si-Nの高い正電荷が電子に富むAg-C結合から電子を抽出し、Ag-int4aの開環につながり、Ag-int4a-1を形成する。 このステップの駆動力は、Si-Nの高い正電荷とAg-int4aの四員環の高い張力であり、銀(I)配位ケテン種Ag-int4a-1から六員環Ag-int5aへの障壁は10.7kcal/molである。 ケテン種の高い反応性とN=N結合の形成がこのステップに寄与するが、このプロセスはシリリウムイオンの高いルイス酸度特性のために吸熱であり、このステップの駆動力は放出N2の極端に高い発熱である。 一般に、放出N2は非常に発熱性であり、協調反応経路を通過する34,35。 この反応では、放出N2はシリリウムイオン(TIPS+)の高い正電荷に起因する段階的なメカニズムを通過する。 Ag-int5aでは、シリリウムイオン(TIPS+)に直接結合するC-N結合の長さは1.53Åであり、別のC-N結合は1である。45Å、これは主にTIPS+の高い正電荷によって引き起こされます。 Ag-int5aのTIPS+によって誘導される比較的長いC-N結合は、その比較的容易なヘテロ分解特性を示す。 さらに、電子に富むC-Ag結合は、ヘテロ分解後にC原子にその電子を供与することができ、これはC-N結合ヘテロ分解の非常に重要な駆動力である。 実際、このヘテロ分解プロセスはAg-CとSi-Nの間の電子抽出競争でもあり、今回はn-SiからC-Agに正電荷が移動しました(NBO電荷分布は、c-Agでは電子が0.16から0.59に、1.79から1に変化したことを示しています。A g−int5aからA G−int6AまでのN−Si中の5 8)。 これらの理由のために、ヘテロ分解C-N結合および段階的N2放出の障壁はわずか2.9kcal/molである。 この構造にTIPS+が存在しない場合、反応は障壁を有する協調機構を通過することができる(図1のA G−Ts7Bを参照)。 6b)6.7kcal/mol。 シリリウムイオン安定化二窒素中間体Ag-int6aは、N2、TIPS+およびAg-int7を放出することが非常に容易である(このステップの負の自由エネルギー障壁は、 最終製品を与えるAg-int7との先端+組合せは非常に発熱です(-60.3kcal/mol)。

ケトン-エノール互変異性パスウェイ(パスb)

Ag-int4bでは、α-炭素はsp3ハイブリダイゼーションに近い。 C-Ag-Cの角度は121.9°です(Fig. そのα−H置換ケトン類似体と同様に、中間体A G−int4bは、ケトン−エノール互変異性様式の分子内異性化を経ることができる(図5B)。 6)経路bの速度決定ステップでもあるAg-int5b-1(23.9kcal/mol)を得る。 Ag-int4bからのL-Ag+の直接解離は、33.1kcal/molの障壁でエネルギー的に不利である(補足図を参照)。 4.).

SMC機構を用いた銅(I)触媒IEDDA

図1.1.1. 図7:銅(i)触媒IEDDA。

Lは2,2′-ビピリジン(bpy)を指す。 ギブスの自由エネルギーはkcal/molである。 水素原子は省略され、配位子の炭素原子は明瞭にするために白色クロークされた。 トリイソプロピルシリル(TIPS)は脱塩プロセスとその逆を除いて大きなボールに単純化されている。 A反応プロファイル;b最適化されたジオメトリ。

反応経路ウェイ

Avcı et al. 密度汎関数理論(DFT)を用いて機構を探索し、その計算でトリイソプロピルシリル(TIPS)基をトリメチルシリル(TMS)基に単純化し、この反応が段階的なメカニズムを経て進行することを見出した17。 我々は、彼らのモデルの下で段階的なメカニズムと私たちの提案されたSMC機構の速度決定障壁(RDB)を比較し、理論の異なるレベルを使用し、私たちの提案されたSMC機構の障壁が9.8kcal/molから11に段階的なメカニズムよりも低いことがわかった。2kcal/molであり、提案されたSMC機構が段階的機構よりもはるかに優れていることを強力に支持している(補足表1-3および補足図の詳細を参照)。 1). 彼らの仕事と同じ基準点(L-Ag+、基準点として1a、2a)を使用し、還元モデルを使用しない場合、銀触媒機構の障壁は26.1kcal/molであり、これも彼らの仕事

さらに我々の提案されたSMCメカニズムは、銀(I)と銅(I)触媒IEDDA反応に適していることを説明するために、我々は基準点として比較的安定なγ錯体(Ag-int1とCu-int1)と伝統的な反応経路の障壁を評価した。

Ag-int1をゼロ点とすると、銀(I)触媒による段階的機構の障壁は33.3kcal/mol、協調機構は34kcal/molである(図。 8a)。

銅触媒による環化付加の障壁は非常に高く、段階的機構は39.3kcal/mol、協調機構は43.3kcal/molである(図。 8b)。 明らかに、環化経路は、銀(I)および銅(I)触媒IEDDA反応の両方で好まれていない。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。