cykloaddycja 2+2 za pośrednictwem jonów Sylilu prowadzi do 4+2 produktów reakcji Dielsa-olchy

Tworzenie Π-kompleksów m-int1(M = Ag lub cu)

w przypadku srebra koordynacja 2,2′-bipirydyny (bpy) z solą katalizatora AgOTf daje dwukoordynowane centrum aktywne l-AG+ jest stosunkowo egzotermiczne przez -23,1 kcal/mol (rys. 3A). Kolejnym etapem jest koordynacja ftalazyny 1A i siloksyalkaliów 2A z obnażonym miejscem aktywnym L-Ag + w celu uzyskania kompleksu P-AG-int1, który jest egzotermiczny o -30,3 kcal / mol.

Fig. 3: Profile reakcji formacji P-kompleksy Ag-int1 i cu-int1.

wolne Energie Gibbsa są w kcal/mol. Pominięto atom wodoru, a grupę TRIIZOPROPYLOSILILOWĄ (końcówki) uproszczono do dużej kuli dla jasności. profil reakcji; B zoptymalizowane geometrie.

w reakcji IEDDA katalizowanej miedzią(I) powstawanie kompleksu P-cu-int1 jest bardzo egzergoniczne (-60,8 kcal/mol). Wyższa egzotermiczna energia powstawania cu-int1 może być spowodowana stosunkowo małą średnicą i dużą dodatnią gęstością ładunku miedzi (I). Cu-int1 jest bardziej zwarta strukturalnie w porównaniu z Ag-int1, a siloksyalkiny 2A koordynują się silniej z atomem miedzi (i) (Fig. 3b). Zarówno w cu-int1, jak i Ag-int1 siloxy 2A znaczące odchylenia od liniowości, a w cu-int1 Wiązanie potrójne C2-C3 wydłużają się od 1,21 Å do 1.23 Å, podczas gdy w wiązaniu Ag-int1 C2-C3 wydłużają się do 1,22 Å. Kąt wiązania ∠c1c2c3 twist Od 180° do 163,37 ° w cu-int1 i 170,6° w Ag-int1. Obecna Literatura ujawniła sporo dobrze scharakteryzowanych kompleksów P-alkinów miedzi(I) i srebra(i) i potwierdza, że miedź(i) koordynuje się silniej z alkinami niż srebro(i) w tych kompleksach P29. Eksperyment H1 NMR i C13 NMR również potwierdzają wyraźne interakcje między siloksyalkinami z Ag (i) w DCM30.

zauważ, że p-kompleksy Ag-in1 i cu-int1 są najbardziej stabilnym związkiem pośrednim przed reakcją, wybieramy Ag-int1 i cu-int1 jako punkt zerowy odpowiednio dla srebra(I) i miedzi(i) katalizowanej IEDDA w poniższej dyskusji.

Cykloaddycja katalizowana srebrem

ograniczenia termiczne symetrii orbitalnej stanowią duże wyzwanie dla bezpośredniego cykloaddycji. Ponadto bezpośrednia cykloaddycja 1A i 2a musi przełamać aromatyczność pierścienia ftalazynowego. Nasze obliczenia pokazują, że bariera tego procesu wynosi aż 54,6 kcal / mol. Metal przejściowy oferuje perspektywę promowania cykloaddycji poprzez aktywne alkiny dzięki orbitalom walencyjnym D i niższej energii półproduktów metalacyklicznych. Reakcja katalizowana metalem była również badana przez teorię31, 32.

podobnie jak w przypadku większości reakcji cykloaddycji katalizowanej metalem, początkowym etapem jest dodanie nukleofilowe ftalazyn 1a z siloksyalkenem 2A aktywowanym przez L-Ag+ (Fig. 4a).

Fig. 4: formacja Silver coordinated four-member ring complex Ag-int3.

L odnosi się do 2,2 ’ – bipirydyny (bpy). Wolne Energie Gibbsa są w kcal/mol. Pominięto atom wodoru, grupę triizopropylosililową (końcówki) uproszczono do dużej kuli, a atom węgla ligandu zamaskowano na biało dla jasności. profil reakcji; B zoptymalizowane geometrie.

nasze obliczenia pokazują, że wytwarzanie srebra etylenowego Ag-int2 jest energicznie dostępne w temperaturze pokojowej z barierą (Ag-TS1)19,5 kcal / mol (rys. 4A), dolna bariera tego procesu wynika głównie z tego, że pojedyncza para atomu tlenu w AG-TS1 sprzężona jest z orbitalami alkiny w celu stabilizacji dodatniego ładunku srebra(I). Rozkład ładunku NBO pokazuje ładunek dodatni przeniesiony ze srebra (I) do atomu azotu z Ag-int1 do Ag-int2 (atom N od -0,36 do -0,12, atom Ag 0,71 do 0,52). Ftalazyna 1A pozostaje prawie planarna w gatunkach srebra etylenowego Ag-int2, co wskazuje, że aromatyczność 1A nie jest całkowicie zniszczona na tym etapie (Fig. 4B). Alternatywnym krokiem do uzyskania etylenowo-srebrnego gatunku jest atak siloksyalkiny z punktu C2, który jest energetycznie niekorzystny z barierą 32,4 kcal / mol.

czteroczłonowy kompleks pierścieniowy AG-int2 przekształcony w srebro(I) jest energicznie dostępny z barierą (Ag-TS2) 14,3 kcal/mol. W porównaniu z bezpośrednim cykloaddycją między 1a A 2A, katalizator srebra (i) może skutecznie obniżyć barierę tego procesu (54,6 kcal/mol vs 19,5 kcal/mol). Eksperyment potwierdził również,że srebro(I) i miedź(i) mogą katalizować cykloaddycję siloksyalkenów i podstawionych alkenów z dość dobrą wydajnością w temperaturze pokojowej16, 30.

czteroczłonowa rearanżacja pierścienia za pośrednictwem jonu Sylium (ścieżka a)

bezpośrednia migracja jonu triizopropylosililu (TIPS+) do czwartorzędowych gatunków amoniowych Ag-Int4a jest energetycznie niekorzystna z barierą (Ag-TS3a, patrz dane uzupełniające 20) 31,9 kcal/mol. Jon sylium jest notorycznie niestabilny, a dysocjacja jonów TIPS+ bezpośrednio przez szlak SN1 jest również energetycznie niekorzystna z barierą aż 49.1 kcal / mol. Jednak wbrew naszej intuicji chemicznej, dysocjacja końcówek+ przez OTf-anion SN2 atak nukleofilowy jest dość łatwa z barierą (Ag-TS3)tylko 14,9 kcal / mol (rys. 5A). Wysokie powinowactwo srebra (I) z anionem alkenowym kompensuje energię tworzenia większości TIPSOTf i czyni ten proces dostępnym tylko 5,8 kcal/mol. Stabilizowana energia L-Ag + w AG-int4b aż 33,1 kcal / mol. Silne oddziaływanie srebra(I) z alkenem sprawiło, że Ag-int4b był bardzo dobrą grupą opuszczającą. Często słabe zasady Lewisa, takie jak SO4−, OTf− nie są dobrym odczynnikiem nukleofilowym, sytuacja ta uległa zmianie w konfrontacji z dobrą grupą opuszczającą. Co więcej, dla względnego większego rozmiaru atomu krzemu w porównaniu z atomem węgla, steryczny efekt ochronny wielkogabarytowych podstawników jest mniej skuteczny i może pozwolić na pięć skoordynowanych struktur,co oznacza, że wiele reakcji dysocjacyjnych typu SN1 w chemii organicznej może przebiegać przez mechanizm asocjacyjny-SN2 z pentacoordinate transition state w chemii krzemowej33.

Fig. 5: Jonów sililium 4-członowy pierścień rearanżation dać Ag-int7 (ścieżka a).

L odnosi się do 2,2 ’ – bipirydyny (bpy). Wolne Energie Gibbsa są w kcal/mol. Pominięto atom wodoru, a atom węgla ligandu zamaskowano na biało dla jasności. Triizopropylosilil (końcówki) jest uproszczony do dużych kul, z wyjątkiem procesu desilication i versa. profil reakcji; B zoptymalizowane geometrie.

TIPSOTf jest uważany za anionowy stabilizowany jon krzemu z syntetycznego punktu widzenia, który jest wysoce aktywnym odczynnikiem do ochrony aminowej i hydroksylowej. TIPS+ można łatwo przenieść do atomu azotu trzeciorzędowej aminy w Ag-int4b, tworząc czwartorzędowe gatunki amoniowe Ag-int4a poprzez dodanie nukleofilowe SN2 z barierą (Ag-TS4a) 15,0 kcal/mol. W czwartorzędowych gatunkach amoniowych Ag-int4a Wiązanie C-N jest bardzo łatwe do rozluźnienia wysokiego napięcia pierścienia czteroczłonowego i tworzy srebro (I) skoordynowane gatunki ketenów Ag-int4a-1 z barierą (Ag-TS4a-1) tylko 0,1 kcal/mol. W tym procesie dodatni ładunek przenoszony z atomów azotu i krzemu (N-Si) na Atomy srebra i węgla (Ag-C). (Rozkład ładunku NBO pokazuje, że ładunek N-Si zmienia się z 1,58 na 1.47, podczas gdy atomy Ag-C zmieniają się z 0,19 na 0,32). Ag-int4a-1 można łatwo poddać zamknięciu pierścieni tworząc sześcioczłonowy Ag-int5a z barierą (Ag-TS5a) 10,7 kcal/mol, ładunek dodatni powraca z Ag-C do N-Si. (Rozkład opłat NBO pokazuje, że opłata N-Si zmienia się z 1,47 na 1,79, a zmiana Ag-C z 0,32 na 0,16). Od czteroczłonowego pierścienia pośredniego Ag-int4a do sześcioczłonowego pierścienia pośredniego Ag-int5a, w rzeczywistości występuje dwukrotnie konkurencja ekstrakcji elektronów między Ag – C i Si-N, która jest zdominowana przez TIPS+ I L-Ag+. W Ag-int4a wysoki ładunek dodatni Si-n ekstrahuje elektron z bogatego w elektrony wiązania Ag – C, które prowadzą do pierścienia otwartego Ag-int4a, tworząc Ag-int4a-1. Siłą napędową tego kroku jest wysoki ładunek dodatni Si-n i wysokie napięcie czteroczłonowego pierścienia Ag-int4a. bariera ze srebra (I) skoordynowanego gatunku ketenu Ag-int4a-1 do sześcioczłonowego pierścienia Ag-int5a wynosi 10,7 kcal / mol. Chociaż wysoka reaktywność gatunków ketenów i tworzenie wiązania n=n przyczyniają się do tego etapu, proces ten jest endotermiczny ze względu na wysoką kwasowość Lewisa jonu sylium, siłą napędową tego etapu jest ekstremalnie wysoka egzotermiczność uwalniania N2. Ogólnie rzecz biorąc, uwalnianie N2 jest wysoce egzotermiczne i przechodzi przez skoordynowaną ścieżkę reakcji34,35. W tej reakcji uwalnianie N2 przechodzi przez mechanizm stopniowy, co można przypisać wysokiemu dodatniemu ładunkowi jonu sylium (TIPS+). W AG-int5a długość wiązania C-N bezpośrednio związanego z Jonem sylium (końcówka+) wynosi 1,53 Å, kolejne Wiązanie C-N wynosi 1.45 Å, co jest głównie spowodowane wysokim ładunkiem dodatnim TIPS+. Stosunkowo dłuższe Wiązanie C – N indukowane przez TIPS + W AG-int5a wskazuje na jego stosunkowo łatwy charakter heterolizy. Ponadto bogate w elektrony Wiązanie C-Ag może przekazać swój elektron atomowi c po heterolizie, jest to bardzo ważna siła napędowa heterolizy wiązania C-N. W rzeczywistości ten proces heterolizy jest również konkurencją ekstrakcji elektronów między Ag – C i Si-N, tym razem ładunek dodatni przeniesiony z N-Si Do C-Ag (rozkład ładunku NBO pokazuje, że elektron zmienił się z 0,16 do 0,59 w C-Ag i 1,79 do 1.58 W N-Si od Ag-int5a do Ag-int6a). Z tych powodów bariera dla heterolizy wiązania C-n i stopniowego uwalniania N2 wynosi tylko 2,9 kcal/mol. Jeśli w tej strukturze nie ma końcówek+, reakcja może przejść przez wspólny mechanizm z barierą (patrz Ag-TS7b na Fig. 6b) 6,7 kcal / mol. Półprodukt dinitrogenu stabilizowany Jonem sylium Ag-int6a jest bardzo łatwy w uwalnianiu N2, TIPS+ I Ag-int7 (ujemna bariera wolnej energii tego etapu pochodzi z entropii i jednopunktowej korekty energii). Końcówki+ połączenie z Ag-int7 w celu uzyskania produktu końcowego jest wysoce egzotermiczne (-60,3 kcal/mol).

Droga Tautomeryzmu Ketonowo-enolowego (ścieżka b)

w Ag-int4b α-węgiel jest bliski hybrydyzacji sp3. Kąt C-Ag-C wynosi 121,9° (rys. 5B), podobnie jak podstawione α-H analogi ketonowe, pośredni Ag-int4b może przejść przez izomeryzację wewnątrzcząsteczkową w stylu tautomeryzacji ketonowo-enolowej (Fig. 6) w celu uzyskania Ag-int5b-1, który jest również szybkość określić etap ścieżki b (23,9 kcal / mol). Bezpośrednia dysocjacja L-Ag + z Ag-int4b jest energetycznie niekorzystna z barierą 33,1 kcal/mol(patrz dodatkowe rys. 4.).

miedź (I) katalizowana IEDDA z mechanizmem SMC

Fig. 7: miedź(I) katalizowany IEDDA.

L odnosi się do 2,2 ’ – bipirydyny (bpy). Wolne Energie Gibbsa są w kcal/mol. Atom wodoru został pominięty, a atom węgla ligandu został zamaskowany na biało dla jasności. Triizopropylosilil (końcówki) jest uproszczony do dużych kul, z wyjątkiem procesu desilication i versa. profil reakcji; B zoptymalizowane geometrie.

droga ścieżki reakcji

Avcı et al. zbadano mechanizm z teorią funkcji gęstości (DFT), w swoich obliczeniach uprościli grupę triizopropylosililową (TIPS) do grupy trimetylosililowej (TMS) i odkryli, że reakcja ta może przebiegać przez mechanizm krokowy17. Porównaliśmy barierę wyznaczania szybkości (RDB) naszego proponowanego mechanizmu SMC z mechanizmem krokowym w ramach ich modelu wykorzystujemy inny poziom teorii i stwierdziliśmy, że bariera naszego proponowanego mechanizmu SMC jest niższa niż mechanizm krokowy od 9,8 kcal/mol do 11.2 kcal / mol, co jest silnym wsparciem dla tego, że nasz proponowany mechanizm SMC jest znacznie lepszy od mechanizmu krokowego(patrz szczegóły w tabelach uzupełniających 1-3 i dodatkowych rys. 1). Jeśli użyjemy tego samego punktu odniesienia co ich praca (L-Ag+, 1a i 2A jako punkt odniesienia) i nie będziemy mieli modelu zredukowanego, bariera mechanizmu katalizowanego srebrem wynosi 26,1 kcal / mol, co również jest zgodne z ich pracą.

w celu dalszego zilustrowania, że nasz proponowany mechanizm SMC jest bardziej odpowiedni dla katalizowanej przez srebro(i) i miedź(i) reakcji IEDDA, oceniliśmy barierę tradycyjnego szlaku reakcji ze stosunkowo bardziej stabilnymi kompleksami P (Ag-int1 i cu-int1) jako punktem odniesienia.

z AG-int1 jako punktem zerowym, bariera mechanizmu krokowego katalizowanego srebrem(I) wynosi 33,3 kcal/mol, a mechanizm skoordynowany 34 kcal/mol (rys. 8a).

bariera cykloaddycji katalizowanej miedzią jest bardzo wysoka z mechanizmem krokowym 39,3 kcal/mol i uzgodnionym mechanizmem 43,3 kcal/mol (Fig. 8b). Oczywiście Szlak cyklizacji nie jest faworyzowany zarówno w reakcji katalizowanej przez srebro(I), jak i miedź(i).

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.