cicloadiția mediată de ioni de Sililiu 2+2 conduce la 4+2 Diels-produși de reacție Alder

formarea complexelor de tip M-Int1(m = Ag sau Cu)

în cazul de argint, coordonarea 2,2′-bipiridinei (bpy) la sarea catalizatorului AgOTf oferă centrului activ bi-coordonat l-AG+ este relativ exoterm cu -23,1 kcal/mol (Fig. 3a). Următorul pas este coordonarea ftalazinei 1a și a alchinelor siloxi 2a cu situsul activ bared l-Ag+ pentru a obține complexul AG-int1 care este exoterm cu -30,3 kcal/mol.

Fig. 3: profile de reactie de formare a complexelor-AG-int1 si cu-int1.

energiile libere Gibbs sunt în kcal / mol. Atomul de hidrogen a fost omis și grupul triisopropilsilil (TIPS) a fost simplificat la Big ball pentru claritate. un profil de reacție; B geometrii optimizate.

în reacția IEDDA catalizată de cupru(I), formarea complexului cu-int1 de tip cu-int1 este foarte exergonică (-60,8 kcal/mol). Energia exotermă mai mare a formării Cu-int1 poate fi cauzată de un diametru relativ mic și o densitate mare de sarcină pozitivă a cuprului(I). Cu-int1 este mai compact din punct de vedere structural în comparație cu Ag-int1, iar alchina siloxi 2a se coordonează mai puternic cu atomul de cupru(I) (Fig. 3b). Atât în Cu-int1, cât și în Ag-int1, abaterile semnificative siloxi 2a de la liniaritate și în cu-int1 tripla legătură C2-C3 se alungesc de la 1,21 la 1.23 in timp ce in legatura cu Ag-int1 C2-C3 se alungeste pana la 1,22 Int. Unghiul de legătură al curbei c1c2c3 de la 180 la 163,37 la Cu-int1 și 170,6 la Ag-int1. Literatura de specialitate actuală a scos la iveală destul de multe alchine coordonate de cupru(I) și Argint(I) bine caracterizate și confirmă faptul că cuprul(I) se coordonează mai puternic cu alchinele decât argintul(I) în aceste alchine-complexe29. Experimentul RMN H1 și C13 RMN confirmă, de asemenea, interacțiuni evidente între alchinele siloxi cu Ag(I) în DCM30.

rețineți că complexele AG-in1 și cu-int1 sunt cele mai stabile intermediare înainte de reacție, alegem Ag-int1 și Cu-int1 ca punct zero pentru iedda catalizată de argint(I) și cupru(i) în discuția următoare.

Cicloadiție catalizată de argint

constrângerile termice ale simetriei orbitale reprezintă o mare provocare pentru cicloadiția directă. Mai mult, cicloadiția directă a 1a și 2a trebuie să rupă aromaticitatea inelului ftalazinic. Calculul nostru arată că bariera acestui proces la fel de mare ca 54,6 kcal/mol. Metalul de tranziție oferă perspectiva promovării cicloadiției prin alchine active în virtutea valenței d-orbitalilor și a energiei mai mici a intermediarilor metalaciclici. Reacția catalizată de Metal a fost,de asemenea, investigată de teorie31, 32.

Similar cu cea mai mare parte a reacției de cicloadiție catalizată de metal, adăugarea nucleofilă a ftalazinelor 1a cu siloxi alchenă 2A activată de l-Ag+ este etapa inițială (Fig. 4a).

Fig. 4: formarea de argint coordonate patru membri inel complex Ag-int3.

L se referă la 2,2 ‘ – bipiridină (bpy). Energiile libere Gibbs sunt în kcal / mol. Atomul de hidrogen a fost omis, grupul triisopropylsilyl (TIPS) a fost simplificat la Big ball și atomul de carbon al ligandului a fost alb acoperit pentru claritate. un profil de reacție; B geometrii optimizate.

calculul nostru arată că formarea speciilor de argint etilenic Ag-int2 este accesibilă energetic la temperatura camerei cu o barieră (Ag-TS1) 19,5 kcal/mol (Fig. 4A), bariera inferioară a acestui proces se datorează în principal perechii singulare de atom de oxigen din conjugatul Ag-TS1 cu orbitali de alchină pentru a stabiliza sarcina pozitivă a argintului(I). Distribuția încărcării NBO arată sarcina pozitivă transferată de la argint(I) la atomul de azot de la Ag-int1 la Ag-int2 (atom de N de la -0,36 la -0,12, atom de Ag 0,71 la 0,52). Ftalazina 1a rămâne aproape plană în specia de argint etilenic Ag-int2, ceea ce indică faptul că aromaticitatea 1a nu este complet distrusă în această etapă (Fig. 4b). O etapă alternativă pentru obținerea speciilor de argint etilenic are loc prin atacul siloxi alchinei din punctul C2 care este nefavorabil energetic cu o barieră de 32,4 kcal/mol.

complexul inelar coordonat AG-int2 în argint(I) AG-int3 este accesibil energetic cu o barieră (Ag-TS2) de 14,3 kcal/mol. Comparativ cu cicloadiția directă între 1a și 2a, catalizatorul de argint(I) poate reduce eficient bariera acestui proces (54,6 kcal/mol față de 19,5 kcal/mol). Experimentul a confirmat, de asemenea,că argintul(I) și cuprul(I) pot cataliza cicloadiția alchinelor siloxi și a alchenelor substituite cu un randament destul de bun la temperatura camerei16, 30.

rearanjarea inelului cu patru membri mediată de ionul Sililiu (calea a)

migrarea directă a ionului triizopropilsilil (TIPS+) pentru a forma speciile de amoniu cuaternar Ag-int4a este nefavorabilă energetic cu o barieră (Ag-TS3a, vezi datele suplimentare 20) 31,9 kcal/mol. Ionul Silylium este notoriu instabil, iar ionul TIPS+ disociază direct prin calea SN1 este, de asemenea, nefavorabil energetic, cu o barieră de până la 49.1 kcal / mol. Cu toate acestea, împotriva intuiției noastre chimice, disocierea vârfurilor+ prin OTf− anion SN2 atacul nucleofil este destul de ușor cu o barieră (Ag-TS3) doar 14,9 kcal/mol (Fig. 5a). Afinitatea ridicată a argintului (I) cu anionul alchenic compensează energia de formare a majorității TIPSOTf și a făcut acest proces accesibil cu doar 5,8 kcal/mol. Energia stabilizată a L-Ag+ în Ag-int4b până la 33,1 kcal/mol. Interacțiunea puternică a argintului (I) cu alchena a făcut din Ag-int4b un grup de plecare foarte bun. În mod obișnuit, baza Lewis slabă, cum ar fi SO4−, OTf− nu sunt reactivi nucleofili buni, această situație s-a schimbat atunci când se confruntă cu un grup de plecare bun. Mai mult, pentru dimensiunea relativă mai mare a atomului de siliciu comparativ cu atomul de carbon, efectul de protecție sterică a substituenților voluminoși este mai puțin eficient și poate permite cinci structuri coordonate, ceea ce înseamnă că multe reacții disociative de tip SN1 în chimia organică pot trece prin mecanismul Asociativ-SN2 cu starea de tranziție pentacoordonată în chimia siliciului33.

Fig. 5: Silylium Ion a mediat rearanjarea inelului cu patru membri pentru a da Ag-int7 (calea a).

L se referă la 2,2 ‘ – bipiridină(bpy). Energiile libere Gibbs sunt în kcal / mol. Atomul de hidrogen a fost omis și atomul de carbon al ligandului a fost alb acoperit pentru claritate. Triisopropylsilyl (sfaturi) este simplificată în minge mare, cu excepția procesului desilication și versa. un profil de reacție; B geometrii optimizate.

TIPSOTf este privit ca Ion de sililiu stabilizat anionic dintr-o perspectivă sintetică, care este reactiv foarte activ pentru protecția amino și hidroxi. TIPS + poate fi transferat cu ușurință la atomul de azot al aminei terțiare în Ag-int4b pentru a forma specii de amoniu cuaternar Ag-int4a prin adăugarea nucleofilă SN2 cu o barieră (Ag-TS4a) 15,0 kcal/mol. În speciile de amoniu cuaternar Ag-int4a, legătura C – N este foarte ușor să se relaxeze tensiunea ridicată a inelului cu patru membri și să formeze argint(I) specii ketene coordonate Ag-int4a-1 cu o barieră (Ag-TS4a-1) doar 0,1 kcal/mol. În acest proces, sarcina pozitivă este transferată de la atomii de azot și siliciu (N-Si) la atomii de argint și carbon (Ag-c). (Distribuția încărcării NBO arată că încărcarea schimbării N-Si de la 1,58 la 1.47, în timp ce atomii Ag-C se schimbă de la 0,19 la 0,32). Ag-int4a-1 poate suferi cu ușurință închiderea inelului pentru a forma Ag-int5a cu șase membri cu o barieră (Ag-TS5a) de 10,7 kcal/mol, sarcina pozitivă revine de la Ag-C la N-Si. (Distribuția încărcării NBO arată că încărcarea N-si se schimbă de la 1,47 la 1,79, iar Ag-C se schimbă de la 0,32 la 0,16). De la inelul intermediar Ag-int4a cu patru membri la inelul intermediar Ag-int5a cu șase membri, există de fapt o competiție de extracție a electronilor de două ori între Ag-C și Si-n, care este dominată de TIPS+ și l-Ag+. În Ag-int4a sarcina pozitivă ridicată a si-n extrage electronul din legătura Ag-c bogată în electroni, ceea ce duce la deschiderea inelului Ag-int4a pentru a forma Ag-int4a-1. Forța motrice a acestui pas este sarcina pozitivă ridicată a Si – n și tensiunea ridicată a inelului cu patru membri al Ag-int4a. bariera de la speciile de cetene coordonate de argint(I) Ag-int4a-1 la inelul cu șase membri Ag-int5a este de 10,7 kcal/mol. Deși reactivitatea ridicată a speciilor cetene și formarea legăturii n=N contribuie la această etapă, acest proces este endotermic datorită caracterului ridicat de aciditate Lewis al ionului de sililiu, forța motrice a acestei etape este exoterma extrem de ridicată a eliberării N2. În general, eliberarea N2 este foarte exotermă și trece prin calea de reacție concertată34,35. În această reacție, eliberarea N2 trece prin mecanismul treptat care poate fi atribuit sarcinii pozitive ridicate a ionului de sililiu (TIPS+). În Ag-int5a lungimea legăturii C-N se leagă direct de ionul de sililiu (vârfuri+) este de 1,53%, o altă legătură C-N este 1.45, care este cauzată în principal de o încărcare pozitivă ridicată a sfaturilor+. Legătura C-N relativ mai lungă indusă de TIPS+ în Ag-int5a indică caracterul său relativ ușor de heteroliză. Mai mult, legătura C-Ag bogată în electroni își poate dona electronul atomului C după heteroliză, aceasta este o forță motrice foarte importantă a heterolizei legăturii C-N. De fapt, acest proces de heteroliză este, de asemenea, o competiție de extracție a electronilor între Ag-C și Si-n, sarcina pozitivă transferată de la N-Si la C-Ag de data aceasta (distribuția sarcinii NBO arată că electronul s-a schimbat de la 0,16 la 0,59 în C-Ag și 1,79 la 1.58 în N-Si de la Ag-int5a la Ag-int6a). Din aceste motive, bariera pentru legătura C-N heteroliză și eliberarea treptată a N2 este de numai 2,9 kcal/mol. Dacă nu există sfaturi+ în această structură, reacția poate trece printr-un mecanism concertat cu o barieră (vezi Ag-TS7b în Fig. 6b) 6,7 kcal/mol. Intermediarul de azot stabilizat cu ioni de sililiu Ag-int6a este foarte ușor de eliberat N2, TIPS + și Ag-int7 (bariera negativă de energie liberă a acestui pas provine din entropie și corecția energiei cu un singur punct). Sfaturi + combinație cu Ag-int7 pentru a da produsul final este foarte exotermă (-60.3 kcal/mol).

cetonă-enol tautomerism cale cale (calea b)

în Ag-int4b, carbonul de la sută este aproape de hibridizarea sp3. Unghiul C-Ag-C este de 121,9 inkt (Fig. 5b), la fel ca analogii săi cetonici substituiți cu centenar-h, intermediarul Ag-int4b poate trece prin izomerizarea intramoleculară în stil ceton-ENOL tautomerism (Fig. 6) pentru a obține Ag-int5b-1, Care este, de asemenea, rata determină pasul căii b (23,9 kcal/mol). Disocierea directă a L-Ag + de Ag-int4b este defavorizată energetic cu o barieră de 33,1 kcal / mol (Vezi Fig. 4.).

Iedda catalizată cu cupru (I) cu mecanism SMC

Fig. 7: cupru (I) catalizat IEDDA.

L se referă la 2,2 ‘ – bipiridină(bpy). Energiile libere Gibbs sunt în kcal / mol. Atomul de hidrogen a fost omis și atomul de carbon al ligandului a fost alb acoperit pentru claritate. Triisopropylsilyl (sfaturi) este simplificată în minge mare, cu excepția procesului desilication și versa. un profil de reacție; B geometrii optimizate.

calea de reacție calea

AVC Colosc și colab. mecanismul explorat cu teoria funcțională a densității( DFT), în calculul lor, au simplificat grupul triisopropilsilil (TIPS) în grupul trimetilsilil (TMS) și au constatat că această reacție poate trece prin mecanismul treptat17. Am comparat bariera de determinare a ratei (RDB) a mecanismului SMC propus cu mecanismul treptat în cadrul modelului lor utilizează un nivel diferit de teorie și am constatat că bariera mecanismului SMC propus este mai mică decât mecanismul treptat de la 9,8 kcal/mol la 11.2 kcal / mol, care este un sprijin puternic că mecanismul SMC propus de noi este mult mai superior mecanismului în trepte (vezi detalii în tabelele suplimentare 1-3 și suplimentare Fig. 1). Dacă folosim același punct de referință ca și munca lor (l-Ag+, 1a și 2a ca punct de referință) și niciun model redus, bariera mecanismului catalizat de argint este de 26,1 kcal/mol, care este, de asemenea, în conformitate cu munca lor.

pentru a ilustra în continuare că mecanismul SMC propus este mai potrivit pentru reacția IEDDA catalizată de argint(I) și cupru(I), am evaluat bariera căii tradiționale de reacție cu complexe relativ mai stabile (AG-int1 și Cu-int1) ca punct de referință.

cu Ag-int1 ca punct zero, bariera mecanismului pas cu pas catalizat de argint(I) este de 33,3 kcal/mol și mecanismul concertat de 34 kcal/mol (Fig. 8a).

bariera cicloadiției catalizate cu cupru este foarte ridicată, cu mecanism pas cu pas 39,3 kcal/mol, iar mecanismul concertat 43,3 kcal/mol (Fig. 8b). Evident, calea de ciclizare nu este favorizată atât în reacția IEDDA catalizată de argint(I), cât și de cupru(I).

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.