Silylium ion mediert 2+2 cycloaddition fører til 4+2 Diels-Alder reaksjonsprodukter

Dannelse Av Π-komplekser M-int1(M = Ag eller Cu)

i sølvhuset koordineres 2,2′-bipyridin (bpy) til katalysatorsaltet agotf gir det bi-koordinerte aktive senteret l-ag+ er relativt eksoterm Ved -23,1 kcal/Mol (Fig. 3a). Det neste trinnet er koordinering av ftalazin 1a og siloksyalkynes 2a med bared active site L-Ag+ for å oppnå п-kompleks Ag-int1 som er eksoterm med -30,3 kcal / mol.

Fig. 3: Reaksjonsprofiler for dannelse п-komplekser Ag-int1 Og Cu-int1.

Gibbs frie energier er i kcal / mol. Hydrogenatomet ble utelatt og triisopropylsilyl (TIPS) gruppen ble forenklet til stor ball for klarhet. En Reaksjonsprofil; B Optimaliserte geometrier.

i den kobberkatalyserte IEDDA-reaksjonen er dannelsen av п-kompleks Cu-int1 meget eksergonisk (-60,8 kcal/mol). Den høyere eksoterme energien til dannelse Cu-int1 kan skyldes relativt liten diameter og høy positiv ladningstetthet av kobber(i). Cu-int1 er mer strukturelt kompakt sammenlignet Med Ag-int1, og siloksyalkyne 2a koordinere mer sterkere med kobber (I) atom(Fig. 3b). I Både Cu-int1 Og Ag-int1 forlenges siloksy 2a signifikante avvik fra linearitet og i cu-int1 trippelbinding C2-C3 fra 1,21 Å til 1.23 Å mens I Ag-int1 C2-C3 obligasjonen forlenges til 1.22 Å Obligasjonsvinkelen til ∠C1C2C3 vrir seg fra 180° til 163.37 hryvnja I Cu-int1 og 170.6° I Ag-int1. Nåværende litteratur har avslørt ganske mange godt karakteriserte kobber(I) og sølv(I) koordinerte alkyner п-komplekser og bekrefter at kobber(I) koordinerer sterkere med alkyner enn sølv (I) i disse п-kompleksene29. H1 NMR-og C13 NMR-eksperimentet bekrefter også tydelige interaksjoner mellom siloksyalkyner Og Ag (I) I DCM30.

merk at п-komplekser Ag-in1 Og Cu-int1 er det mest stabile mellomproduktet før reaksjonen, vi velger Ag-int1 og Cu-int1 som nullpunkt for henholdsvis sølv(I) og kobber(i) katalysert iedda i den følgende diskusjonen.

Sølvkatalysert Sykloaddisjon

Termiske begrensninger av orbitalsymmetri utgjør mye utfordring for direkte sykloaddisjon. Videre må direkte sykloaddisjon av 1a og 2a bryte aromaticiteten til ftalazinringen. Vår beregning viser at barrieren av denne prosessen så høy som 54,6 kcal / mol. Overgangsmetall gir utsikt til å fremme sykloaddisjonen gjennom aktive alkyner i kraft av valens d-orbitaler og lavere energi av metallacykliske mellomprodukter. Metallkatalysert reaksjon ble også undersøkt ved teori31, 32.

i Likhet med de fleste metallkatalyserte cykloaddisjonsreaksjoner, er nukleofil tilsetning av ftalaziner 1a med siloksyalken2a aktivert Av L-Ag+ det første trinnet (Fig . 4a).

Fig. 4: Dannelse sølv koordinert fire-medlem ring kompleks Ag-int3.

L refererer til 2,2 ‘ – bipyridin (bpy). Gibbs frie energier er i kcal / mol. Hydrogenatomet ble utelatt, triisopropylsilyl (TIPS) gruppen ble forenklet til stor ball og karbonatomet av ligand var hvit innhyllet for klarhet. En Reaksjonsprofil; B Optimaliserte geometrier.

vår beregning viser at dannelsen Av etylen sølv arter Ag-int2 er energisk tilgjengelig i romtemperatur med en barriere (Ag-TS1) 19,5 kcal/mol (Fig. 4a), lavere barriere av denne prosessen er hovedsakelig fordi den ensomme par av oksygenatom I Ag-TS1 konjugert Med п orbitaler av alkyne å stabilisere den positive ladningen av sølv (I). Nbo-ladningsfordelingen viser den positive ladningen overført 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). Ftalazin 1a forblir nesten plan i etylen sølvarter Ag-int2, noe som indikerer at aromaticiteten til 1a ikke er fullstendig ødelagt i dette trinnet (Fig . 4b). Et alternativt trinn for å oppnå etylen sølvarter oppstår via angrepet av siloksyalkyn fra C2 punkt som er energisk ugunstig med en barriere 32.4 kcal / mol.

Ag-int2 transformere til sølv (I) koordinert fire-medlem ring kompleks Ag-int3 er energisk tilgjengelig med en barriere (Ag-TS2) 14.3 kcal/mol. Sammenlignet med direkte cycloaddition mellom 1a og 2a, kan sølv (I) katalysator effektivt senke barrieren av denne prosessen (54.6 kcal/mol vs 19.5 kcal / mol). Eksperiment bekreftet også at sølv (I) og kobber (I) kan katalysere sykloaddisjon av siloksyalkyner og substituerte alkener med ganske godt utbytte i romtemperatur16,30.

Silylium ion mediert fire-medlem ring omorganisering (bane a)

Direkte migrasjon av triisopropylsilyl ion (TIPS+) for å danne kvartære ammonium arter Ag-int4a er energisk ugunstig med en barriere (Ag-TS3a, Se Supplerende Data 20) 31.9 kcal/mol. Silylium ion er notorisk ustabil, OG TIPS + ion dissocierer direkte GJENNOM SN1-banen er også energisk ugunstig med en barriere så høy som 49.1 kcal / mol. Men mot vår kjemiske intuisjon, dissociate AV TIPS+ Gjennom OTf− anion SN2 nukleofil angrep er ganske enkelt med en barriere (Ag-TS3) bare 14,9 kcal/mol (Fig. 5a). Den høye affiniteten til sølv (I) med alken anion kompenserer majoritetsformasjonsenergien Til TIPSOTf og gjorde denne prosessen tilgjengelig med bare 5,8 kcal/mol. Den stabiliserte energien Til L-Ag+ i Ag-int4b så høy som 33,1 kcal / mol. Den sterke samspillet mellom sølv (I) og alken gjorde Ag-int4b til en veldig god forlatelsesgruppe. Vanligvis er svak Lewis base SOM SO4 -, OTf – ikke god nukleofil reagens, denne situasjonen endret seg når konfrontert med god forlatelsesgruppe. Videre, for den relative større størrelsen på silisiumatom sammenlignet med karbonatom, er den steriske beskyttelseseffekten av store substituenter mindre effektiv og kan tillate fem koordinert struktur, noe som betyr at mange dissosiative SN1-type reaksjoner i organisk kjemi kan fortsette gjennom assosiativ-SN2-mekanisme med pentakoordinat overgangsstatus i silisiumkjemi33.

Fig. 5: Silylium ion mediert fire-medlem ring omorganisering for Å gi Ag-int7 (bane a).

L refererer til 2,2 ‘ – bipyridin (bpy). Gibbs frie energier er i kcal / mol. Hydrogenatom ble utelatt og karbonatom av ligand var hvit innhyllet for klarhet. Triisopropylsilyl (TIPS) forenkles til stor ball unntatt desiliseringsprosess og omvendt. En Reaksjonsprofil; B Optimaliserte geometrier.

TIPSOTf regnes som anionstabilisert silyliumion fra et syntetisk perspektiv, som er svært aktivt reagens for amino-og hydroksybeskyttelse. TIPS+ kan enkelt overføres til nitrogenatom av tertiær amin I Ag-int4b for å danne kvaternære ammoniumarter Ag-int4a gjennom SN2 nukleofil tilsetning med en barriere (Ag-TS4a) 15.0 kcal/mol. I kvartær ammonium arter Ag-int4a, C-N bond er veldig lett å slappe av høy spenning på fire-medlem ring og danne sølv (I) koordinert ketene arter Ag-int4a-1 med en barriere (Ag-TS4a-1) bare 0,1 kcal/mol. I denne prosessen overføres positiv ladning fra nitrogen – og silisiumatomer (N-Si) til sølv-og karbonatomer (Ag-C). (NBO kostnadsfordeling viser at ladning Av N-Si endres fra 1,58 til 1.47, Mens ag-c-atomer endres fra 0,19 til 0,32). Ag-int4a-1 kan lett gjennomgå ringlukking for å danne Seks-medlem Ag-int5a Med en barriere (Ag-TS5a) 10.7 kcal / mol, den positive ladningen vender tilbake Fra Ag-C Til N-Si. (NBO kostnadsfordeling viser at ladning Av N-Si endres fra 1,47 til 1,79, Og Ag-C endres fra 0,32 til 0,16). Fra fire-medlem ring middels Ag-int4a til seks-medlem ring middels Ag-int5a, det faktisk oppleve to ganger elektron utvinning konkurranse Mellom Ag-C Og Si-N som domineres AV TIPS + Og L-Ag+. I Ag-int4a trekker den høye positive ladningen Av Si-N elektronen fra elektron-rik Ag-C-binding, som fører til ring åpen Av Ag-int4a for Å danne Ag-int4a-1. Drivkraften i dette trinnet er høy positiv ladning Av Si-N og høy spenning av fire-ledd ring Av Ag-int4a. barrieren fra sølv (I) koordinert ketene arter Ag-int4a-1 til seks-medlem ring Ag-int5a er 10,7 kcal/mol. Selv om høy reaktivitet av ketenarter og dannelse Av N=n-binding bidrar til dette trinnet, er denne prosessen endoterm på grunn av Høy Lewis surhet karakter av silyliumion, drivkraften til dette trinnet er ekstremt høy eksoterm av frigjøring N2. Vanligvis utgivelsen N2 er svært eksoterm og gå gjennom samordnet reaksjon pathway34, 35. I denne reaksjonen, slipper n2 gå gjennom trinnvis mekanisme som kan tilskrives høy positiv ladning av silylium ion(TIPS+). I Ag-int5a er Lengden På C-N-bindingen direkte koblet til silylium ion (TIPS+) 1,53 Å, en Annen C-N-bindingen er 1.45 Å, som hovedsakelig skyldes høy positiv ladning AV TIPS+. DEN relativt lengre C-n-bindingen indusert AV TIPS+ i Ag-int5a indikerer dens relativt enkle heterolyse karakter. Videre kan den elektronrike C-Ag-bindingen donere sin elektron til c-atomet etter heterolyse, dette er svært viktig drivkraft For C – n-bindings heterolyse. Faktisk er denne heterolyseprosessen også en elektronutvinningskonkurranse Mellom Ag-C Og Si-N, den positive ladningen overført fra N-Si til C-Ag denne gangen (NBO-ladningsfordeling viser at elektronen endret seg 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 grunn av disse årsakene er barrieren for heterolyse C-n-binding og trinnvis n2-frigjøring bare 2,9 kcal/mol. Hvis DET ikke er NOEN TIPS+ i denne strukturen, kan reaksjonen gå gjennom samordnet mekanisme med en barriere (Se Ag-TS7b I Fig. 6b) 6,7 kcal / mol. Silylium ion stabilisert Dinitrogen intermediate Ag-int6a er veldig lett å frigjøre N2, TIPS+ Og Ag-int7 (den negative frie energibarrieren i dette trinnet kommer fra entropi og enkeltpunkts energikorreksjon). TIPS + kombinasjon Med Ag-int7 for å gi sluttproduktet er svært eksoterm(-60,3 kcal / mol).

Keton-enol-tautomerism path way (sti b)

I Ag-int4b er den α-karbon nær sp3 hybridisering. C-Ag-C vinkelen er 121.9° (Fig. 5b), I Likhet med dets α-H substituerte ketonanaloger, kan den mellomliggende Ag-int4b gå gjennom keton-enol-tautomerisme-stil intramolekylær isomerisering (Fig. 6) for a oppna Ag-int5b – 1 som ogsa er frekvensen bestemme trinn av bane b (23.9 kcal/mol). Direkte dissosiasjon Av L-Ag+ Fra Ag-int4b er energisk ugunstig med en barriere 33,1 kcal / mol (Se Supplerende Fig. 4.).

Kobber(I) katalysert IEDDA MED SMC mekanisme

Fig. 7: Kobber (I) katalysert IEDDA.

L refererer til 2,2 ‘ – bipyridin (bpy). Gibbs frie energier er i kcal / mol. Hydrogenatomet ble utelatt og karbonatom av ligand var hvit innhyllet for klarhet. Triisopropylsilyl (TIPS) forenkles til stor ball unntatt desiliseringsprosess og omvendt. En Reaksjonsprofil; B Optimaliserte geometrier.

reaksjon banen måte

Avcı et al. utforsket mekanisme med tetthet funksjonell teori (DFT), i deres beregning forenklet de triisopropylsilyl (TIPS) gruppe i trimetylsilyl (TMS) gruppe og fant at denne reaksjonen kan fortsette gjennom trinnvis mekanisme17. Vi sammenlignet frekvensen bestemme barriere (RDB) av vår foreslåtte SMC mekanisme med trinnvis mekanisme under deres modell bruker forskjellig nivå av teori og fant at barrieren av vår foreslåtte SMC mekanisme lavere enn trinnvis mekanisme fra 9,8 kcal/mol til 11.2 kcal / mol, som er en sterk støtte for at vår foreslåtte SMC-mekanisme er mye bedre enn trinnvis mekanisme (se detaljer I Supplerende Tabeller 1-3 Og Supplerende Fig. 1). Hvis vi bruker samme referansepunkt som deres arbeid (L-Ag+, 1a og 2a som referansepunkt) og ingen redusert modell, er barrieren av sølvkatalysert mekanisme 26,1 kcal / mol som også er i samsvar med deres arbeid.

for å illustrere at VÅR foreslåtte SMC-mekanisme er mer egnet til sølv(I) og kobber (i) katalysert IEDDA-reaksjon, vurderte vi barrieren for tradisjonell reaksjonsvei med relativt mer stabile п-komplekser (Ag-int1 og Cu-int1) som referansepunkt.

Med Ag-int1 som nullpunkt er barrieren av sølv(I) katalysert trinnvis mekanisme 33,3 kcal/mol og samordnet mekanisme 34 kcal/mol (Fig. 8a).

barrieren av kobberkatalysert sykloaddisjon er veldig høy med trinnvis mekanisme 39,3 kcal / mol og den samordnede mekanismen 43,3 kcal/mol (Fig . 8b). Åpenbart er sykliseringsveien ikke favorisert både i sølv (I) og kobber (I) katalysert IEDDA-reaksjon.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.