Silylium íon mediada 2+2 cycloaddition leva para 4+2 Diels-Alder produtos de reação

Formação de Π-conjuntos M-int1(M = Ag Cu)

Em prata caso, a coordenação de 2,2′-bipyridine (bpy) para o catalisador de sal AgOTf dá o bi-coordenação do centro ativo L-Ag+ é relativamente exotérmica por -23.1 kcal/mol (Fig. 3a). O próximo passo é a coordenação de ftalazina 1a e siloxi alcynes 2a com o local ativo de bared L-Ag+ para obter o п-complex Ag-int1, que é exotérmico por -30.3 kcal / mol.

Fig. 3: Reaction profiles of formation п-complexes Ag-int1 and Cu-int1.

as energias livres de Gibbs estão em kcal / mol. O átomo de hidrogênio foi omitido e o grupo triisopropilsilil (TIPS) foi simplificado para Big ball para maior clareza. a Reaction profile; b Optimized geometries.

In The copper (I) catalyzed IEDDA reaction, formation of п-complex Cu-int1 is very exergonic (-60.8 kcal/mol). A maior energia exotérmica de formação Cu-int1 pode ser causada por diâmetro relativamente pequeno e alta densidade de carga positiva de cobre(I). Cu-int1 é mais estruturalmente compacto em comparação com Ag-int1, e a coordenada alquina 2a siloxi mais forte com o átomo de cobre (I) (fig. 3b). Em ambos Cu-int1 e Ag-int1, o siloxi 2a desvios significativos da linearidade e em Cu-int1 ligação tripla C2-C3 elongato de 1,21 Å para 1.23 Å while in Ag-int1 C2-C3 bond elongate to 1.22 Å. O ângulo de ligação de ∠C1C2C3 torção de 180° a 163.37° em Cu-int1 e 170.6° em Ag-int1. A literatura atual revelou alguns complexos п-complexos coordenados de cobre(I) e prata(I) e confirma que o cobre(i) se coordena mais forte com alkynes do que a prata(I) nestes п-complexes29. The H1 NMR and C13 NMR experiment also confirms evident interactions between siloxy alkynes with Ag(I) in DCM30.

Note que п-complexos Ag-in1 e Cu-int1 são mais estáveis intermediário antes da reação, podemos escolher Ag-int1 e Cu-int1 como ponto zero para a prata(I) e cobre(I) catalisada IEDDA, respectivamente, na discussão a seguir.

Silver catalyzed Cycloaddition

Thermal constelines of orbital symmetry pose much challenge to direct cycloaddition. Além disso, cicloadição direta de 1a e 2a precisa quebrar a aromaticidade do anel ftalazina. O nosso cálculo mostra que a barreira deste processo chega a 54,6 kcal/mol. Transition metal oferece a perspectiva de promover a cicloadição através de alkynes ativos em virtude de Valência d-orbitais e menor energia de intermediários metalacíclicos. A reação catalisada por Metal também foi investigada pela theory31, 32.

Similar with most of metal-catalyzed cycloaddition reaction, nucleophilic addition of fthalazines 1a with siloxy alkene 2a activated by L-Ag+ is the initial step (Fig. 4a).

Fig. 4: Formation silver coordinated four-member ring complex Ag-int3.

L refere-se à 2,2′ – bipiridina (bpy). As energias livres de Gibbs estão em kcal / mol. O átomo de hidrogênio foi omitido, o grupo triisopropilsilil (TIPS) foi simplificado para bola grande e o átomo de carbono de ligand era branco camuflado para a clareza. a Reaction profile; b Optimized geometries.

nosso cálculo mostra que a formação de espécies de prata etileno Ag-int2 é energeticamente acessível na temperatura ambiente com uma barreira (Ag-TS1) 19,5 kcal/mol (Fig. 4a), barreira inferior deste processo é principalmente porque o par solitário de átomo de oxigênio no conjugado Ag-TS1 com п orbitais de Alcino para estabilizar a carga positiva de prata(I). A distribuição de carga NBO mostra a carga positiva transferida de prata (I) para o átomo de nitrogênio de Ag-int1 para Ag-int2 (átomo N de -0,36 a -0,12, átomo Ag de 0,71 a 0,52). A ftalazina 1a permanece quase planar na espécie de prata de etileno Ag-int2, o que indica que a aromaticidade da 1a não é completamente destruída nesta etapa (Fig. 4b). Um passo alternativo para obter espécies de prata de etileno ocorre através do ataque do alquino siloxi a partir do ponto C2, que é energeticamente desfavorável com uma barreira de 32,4 kcal/mol.

o Ag-int2 transforma-se em prata(i) o complexo coordenado de quatro anéis Ag-int3 é energeticamente acessível com uma barreira (Ag-TS2) 14.3 kcal/mol. Comparado com cicloadição direta entre 1a e 2a, o catalisador prata (I) pode eficientemente baixar a barreira deste processo (54,6 kcal/mol vs 19,5 kcal/mol). Experiment also confirmed that silver(I) and copper (I) can catalyze cycloaddition of siloxy alkynes and substituted alkenes with quite good yield in room temperature16,30.

Silylium de iões de mediada de quatro membros anel de rearranjo (caminho a)

migração Direta de triisopropylsilyl íon (DICAS+) a forma de amónio quaternário espécies Ag-int4a é energeticamente unfavored com uma barreira (Ag-TS3a, ver Dados Suplementares 20) 31.9 kcal/mol. Íon silílio é notoriamente instável, e pontas+ íon dissociado diretamente através da via SN1 também é energeticamente desfavorável com uma barreira tão alta quanto 49.1 kcal / mol. No entanto, contra a nossa intuição química, dissociar de pontas+ através OTf-anion SN2 ataque nucleofílico é muito fácil com uma barreira (Ag-TS3)apenas 14,9 kcal / mol (Fig. 5a). A alta afinidade da prata (I) com anião alceno compensa a energia de formação maioritária de TIPSOTf e torna este processo acessível com apenas 5,8 kcal/mol. A energia estabilizada de L-Ag+ no Ag-int4b chega a 33,1 kcal / mol. A forte interação da prata (I) com o alceno fez do Ag-int4b um grupo de saída muito bom. Comumente, base fraca de Lewis, como SO4 -, OTf-não são um bom reagente nucleofílico, esta situação mudou quando confrontada com um bom grupo de saída. Além disso, para o relativo maior o tamanho do átomo de silício, em comparação com o átomo de carbono, a proteção estérica efeito de substituintes volumosos é menos eficaz e pode permitir que cinco estrutura coordenada, o que significa que muitos dissociativos SN1-tipo de reações em química orgânica pode prosseguir através associativa-mecanismo SN2 com pentacoordinate estado de transição em silício chemistry33.

Fig. 5: Ião silílio mediado rearranjo de quatro membros para dar Ag-int7 (caminho a).

L refere-se à 2,2′ – bipiridina(bpy). As energias livres de Gibbs estão em kcal / mol. Átomo de hidrogênio foi omitido e átomo de carbono de ligando era branco camuflado para a clareza. Triisopropilsilil (pontas) é simplificado em bola grande, exceto processo de dessilicação e vice-versa. a Reaction profile; b Optimized geometries.

TIPSOTf é considerado como íon silílio estabilizado anião a partir de uma perspectiva sintética, que é reagente altamente ativo para a proteção amino e hidroxi. O TIPS+ pode ser facilmente transferido para o átomo de azoto da amina terciária em Ag-int4b para formar a espécie de amónio quaternário Ag-int4a através da adição nucleofílica SN2 com uma barreira (Ag-TS4a) de 15,0 kcal/mol. Na espécie de amónio quaternário Ag-int4a, C-N bond é muito fácil relaxar a alta tensão de anel de quatro membros e formar prata(I) a espécie de ceteno coordenada Ag-int4a-1 com uma barreira (Ag-TS4a-1) apenas 0,1 kcal/mol. Neste processo, carga positiva transferida de átomos de nitrogênio e silício (n-Si) para átomos de Prata e carbono (Ag-C). (NBO charge distribution shows that charge of N-Si change from 1.58 to 1.47, while Ag-C atoms change from 0.19 to 0.32). Ag-int4a-1 pode facilmente passar pelo encerramento do anel para formar AG-int5a com seis membros com uma barreira (Ag-TS5a) de 10, 7 kcal/mol, a carga positiva retorna de Ag-C para N-Si. (A distribuição das taxas do NBO mostra que a taxa de variação do N-Si de 1,47 para 1,79 e a de Ag-C de 0,32 para 0,16). De anel de quatro membros intermediário Ag-int4a para anel de seis membros intermediário Ag-int5a, há realmente experiência duas vezes a competição de extração de elétrons entre Ag-C E Si-n, que é dominada por TIPS+ E L-Ag+. In the Ag-int4a the high positive charge of Si-n extracts the electron from electron-rich Ag-C bond, which lead to ring open of Ag-int4a to form Ag-int4a-1. A força motriz desta etapa é uma elevada carga positiva de Si-N e uma elevada tensão de anel de quatro membros de Ag-int4a. a barreira da prata(I) coordenada das espécies de ceteno Ag-int4a-1 a seis membros de anel Ag-int5a é de 10,7 kcal/mol. Embora a alta reatividade das espécies de ceteno e a formação da ligação N=n contribuam para esta etapa, este processo é endotérmico devido ao alto caráter de acidez de Lewis do íon silílio, a força motriz desta etapa é exotérmica extrema de libertação N2. Geralmente, a versão N2 é altamente exotérmica e passa por uma reação concertada pathway34,35. Nesta reação, a liberação N2 passa por um mecanismo de passo a passo que pode ser atribuído a alta carga positiva de íon silílio (pontas+). No Ag-int5a o comprimento da ligação C-N liga diretamente ao íon silílio (TIPS+) é 1.53 Å, outra ligação C-N é 1.45 Å, o que é causado principalmente pela alta carga positiva de TIPS+. A ligação C-N relativamente mais longa induzida por pontas+ no Ag-int5a indica o seu carácter relativamente fácil de heterólise. Além disso, a ligação C-Ag rica em elétrons pode doar seu elétron para o átomo C após a heterólise, esta é a força motriz muito importante da heterólise da ligação C-N. Na verdade, este processo de heterólise é também uma competição de extração de elétrons entre Ag-C E Si-n, a carga positiva transferida de N-Si para C-Ag desta vez (distribuição de carga NBO mostra que o elétron mudou de 0,16 para 0,59 em C-Ag e 1,79 para 1.58 em N-Si De Ag-int5a A Ag-int6a). Devido a estas razões, a barreira para a ligação C-N de heterólise e libertação stepwise N2 é de apenas 2,9 kcal/mol. Se não existirem pontas+ nesta estrutura, a reacção pode passar por um mecanismo concertado com uma barreira (ver Ag-TS7b na Fig. 6b) 6,7 kcal / mol. O íon silílio estabilizado AG-int6a de dinitrogênio intermediário estabilizado é muito fácil de liberar N2, TIPS+ e Ag-int7 (a barreira de energia livre negativa deste passo vem de entropia e correção de energia de ponto único). TIPS+ combinação com Ag-int7 para dar o produto final é altamente exotérmica (-60, 3 kcal/mol).

Ketone-enol tautomerism path way (path b)

In The Ag-int4b, the α-carbon is close to sp3 hybridization. O ângulo C-Ag – C é de 121,9° (Fig. 5b), como seus análogos de cetona substituídos α-H, o intermediário Ag-int4b pode passar por ketone-enol tautomerismo estilo intramolecular isomerização(Fig. 6) para obter Ag-int5b-1, que é também a taxa que determina o passo do caminho b (23,9 kcal/mol). A dissociação directa de L-Ag+ de Ag-int4b é energeticamente desfavorável com uma barreira de 33.1 kcal / mol (ver Figura suplementar). 4.).

cobre (i) catalisado IEDDA com mecanismo SMC

Fig. 7: cobre (I) catalisado IEDDA.

L refere-se à 2,2′ – bipiridina(bpy). As energias livres de Gibbs estão em kcal / mol. O átomo de hidrogênio foi omitido e o átomo de carbono de ligando era branco encoberto para a clareza. Triisopropilsilil (pontas) é simplificado em bola grande, exceto processo de dessilicação e vice-versa. a Reaction profile; b Optimized geometries.

reaction path way

Avcı et al. explorado mecanismo com a teoria do funcional da densidade (DFT), no seu cálculo, eles simplificado triisopropylsilyl (DICAS) de grupo em trimethylsilyl (TMS) do grupo e descobriu que esta reação pode procedeu através de passo-a-passo mechanism17. Comparamos a barreira rate determine (RDB) do mecanismo SMC proposto com o mecanismo stepwise sob o seu modelo usando diferentes níveis de teoria e descobrimos que a barreira do nosso mecanismo SMC proposto inferior ao mecanismo stepwise de 9.8 kcal/mol a 11.2 kcal / mol, que é um forte apoio de que o mecanismo SMC proposto é muito mais superior ao mecanismo stepwise (Ver detalhes nos quadros suplementares 1-3 e Fig. suplementar). 1). Se usarmos o mesmo ponto de referência que o seu trabalho (L-Ag+, 1a e 2a como ponto de referência) e nenhum modelo reduzido, a barreira do mecanismo catalizado de prata é 26.1 kcal/mol, que também está de acordo com o seu trabalho.

a fim de ilustrar ainda mais que o mecanismo SMC proposto é mais adequado para a reação iedda catalisada em prata(I) e cobre(I), avaliamos a barreira da via de reação tradicional com complexos п relativamente mais estáveis (Ag-int1 e Cu-int1) como ponto de referência.

With Ag-int1 as zero point, the barrier of silver(I) catalyzed stepwise mechanism is 33.3 kcal/mol and concerted mechanism 34 kcal/mol (Fig. 8a).

a barreira da cicloadição catalisada pelo cobre é muito elevada com o mecanismo stepwise 39.3 kcal / mol e o mecanismo concertado 43.3 kcal/mol (Fig. 8b). Obviamente, a via de ciclização não é favorecida tanto em prata(I) quanto em cobre(I) catalisados pela reação de IEDDA.

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