Silyliumjonmedierad 2+2 cykloaddition leder till 4+2 Diels-Alder reaktionsprodukter

bildning av Azerbajdzjokomplex M-int1(M = Ag eller Cu)

i Silverfallet koordineras 2,2′-bipyridin (bpy) till katalysatorsaltet AgOTf ger det bi-samordnade aktiva centrumet l-ag+ är relativt exoterm med -23,1 kcal/mol (Fig. 3a). Nästa steg är samordning av ftalazin 1a och siloxi alkyner 2a med blottat aktivt ställe L-Ag+ för att erhålla 6-komplex AG-int1 som är exoterm med -30,3 kcal/mol.

Fig. 3: reaktionsprofilerna för bildandet av A. V.-komplex Ag-int1 och Cu-int1.

Gibbs fria energier är i kcal / mol. Väteatomen utelämnades och triisopropylsilyl (TIPS) – gruppen förenklades till stor boll för tydlighet. en Reaktionsprofil; B optimerade geometrier.

i koppar (I) katalyserad IEDDA-reaktion är bildandet av en komplex cu-int1 mycket exergonisk (-60,8 kcal/mol). Den högre exoterma energin för bildning Cu-int1 kan orsakas av relativt liten diameter och hög positiv laddningstäthet av koppar(i). Cu-int1 är mer strukturellt kompakt jämfört med Ag-int1, och siloxialkyn 2A koordinerar starkare med koppar (i) atom (Fig. 3b). I både Cu-int1 och Ag-int1 förlängs siloxy 2A signifikanta avvikelser från linjäritet och i Cu-int1 trippelbindning C2-C3 från 1,21 kg till 1.23 kg medan i Ag-int1 C2-C3 bond förlänga till 1,22 kg. Bindningsvinkeln för kubi C1C2C3 vrids från 180 till 163,37 i Cu-int1 och 170,6 i Ag-int1. Aktuell litteratur har avslöjat en hel del väl karakteriserade koppar(i) och silver(i) samordnade alkyner ozi-komplex och bekräftar att koppar(i) samordnar starkare med alkyner än silver (i) i dessa ozi-komplex29. H1 NMR-och C13 NMR-experimentet bekräftar också uppenbara interaktioner mellan siloxialkyner med Ag(i) I DCM30.

Observera att AG-in1 och Cu-int1 är den mest stabila mellanprodukten före reaktionen, vi väljer Ag-int1 och Cu-int1 som nollpunkt för silver(i) och koppar(i) katalyserad IEDDA respektive i följande diskussion.

Silver katalyserad Cykloaddition

termiska begränsningar av orbital symmetri utgör mycket utmaning för direkt cykloaddition. Vidare måste direkt cykloaddition av 1a och 2a bryta aromaticiteten hos ftalazinringen. Vår beräkning visar att barriären för denna process så hög som 54,6 kcal/mol. Övergångsmetall erbjuder utsikterna att främja cykloadditionen genom aktiva alkyner på grund av valens d-orbitaler och lägre energi hos metallacykliska mellanprodukter. Metallkatalyserad reaktion undersöktes också av teori31, 32.

liknande med de flesta av metallkatalyserad cykloadditionsreaktion, nukleofil tillsats av ftalaziner 1a med siloxialken 2A aktiverad av L-Ag+ är det första steget (Fig. 4a).

Fig. 4: Formation silver samordnade fyra medlemmar ring komplex Ag-int3.

L avser 2,2 ’ – bipyridin (bpy). Gibbs fria energier är i kcal / mol. Väteatomen utelämnades, triisopropylsilyl (TIPS) – gruppen förenklades till stor boll och kolatomen i ligand var vit täckt för tydlighet. en Reaktionsprofil; B optimerade geometrier.

vår beräkning visar att bildandet av etylensilverarter Ag-int2 är energiskt tillgängligt i rumstemperaturen med en barriär (Ag-TS1) 19,5 kcal/mol (Fig. 4a), lägre barriär av denna process beror främst på att det ensamma paret av syreatom i Ag-TS1-konjugatet med alkali-orbitaler av alkyn för att stabilisera den positiva laddningen av silver(I). NBO-laddningsfördelningen visar den positiva laddningen överförd från silver(I) till kväveatomen från Ag-int1 till Ag-int2 (n-atom från -0,36 till -0,12, Ag-atom 0,71 till 0,52). Ftalazin 1A förblir nästan plan i etylensilverarten Ag-int2, vilket indikerar att aromaticiteten hos 1a inte förstörs fullständigt i detta steg (Fig. 4b). Ett alternativt steg för att erhålla etylensilverarter sker via attacken av siloxialkyn från C2-punkten som är energiskt ogynnsam med en barriär 32,4 kcal/mol.

Ag-int2-transformationen till silver (I) samordnat fyrledarringskomplex Ag-int3 är energiskt tillgängligt med en barriär (Ag-TS2) 14,3 kcal/mol. Jämfört med direkt cykloaddition mellan 1a och 2a kan silver(i) katalysator effektivt sänka barriären för denna process (54,6 kcal/mol vs 19,5 kcal/mol). Experiment bekräftade också att silver (i) och koppar(I) kan katalysera cykloaddition av siloxialkyner och substituerade alkener med ganska bra utbyte i rumstemperatur16,30.

Silyliumjonmedierad omläggning av fyra medlemmar (väg a)

direkt migration av triisopropylsilyljon (TIPS+) för att bilda kvartära ammoniumarter Ag-int4a är energiskt ogynnsam med en barriär (Ag-TS3a, se kompletterande Data 20) 31,9 kcal/mol. Silyliumjon är notoriskt instabil, och TIPS + Jon dissocierar direkt genom SN1-vägen är också energiskt ogynnsam med en barriär så hög som 49.1 kcal / mol. Men mot vår kemiska intuition, dissociera av TIPS+ genom OTf-anjon SN2 nukleofil attack är ganska lätt med en barriär (Ag-TS3) endast 14,9 kcal/mol (Fig. 5a). Den höga affiniteten hos silver(i) med alkenanjon kompenserar majoritetsbildningsenergin hos TIPSOTf och gjorde denna process tillgänglig med endast 5,8 kcal/mol. Den stabiliserade energin hos L-Ag + i Ag-int4b så hög som 33,1 kcal/mol. Den starka interaktionen mellan silver(i) och Alken gjorde Ag-int4b till en mycket bra lämnande grupp. Vanligen är svag Lewis-bas som SO4 -, OTf-inte bra nukleofilt reagens, denna situation förändrades när man konfronterade med god lämnande grupp. Vidare, för den relativa större storleken av kiselatom jämfört med kolatom, steriskt skydd effekten av skrymmande substituenter är mindre effektiv och kan tillåta fem samordnade struktur, vilket innebär att många dissociativa SN1-typ reaktioner i organisk kemi kan fortsätta genom associativ-SN2 mekanism med pentakoordinat övergångstillstånd i kisel kemi33.

Fig. 5: Silyliumjonmedierad omläggning av fyra medlemmar för att ge Ag-int7 (väg a).

L avser 2,2 ’ – bipyridin (bpy). Gibbs fria energier är i kcal / mol. Väteatom utelämnades och kolatom av ligand var vit täckt för tydlighet. Triisopropylsilyl (TIPS) förenklas till stor boll utom desilication process och versa. en Reaktionsprofil; B optimerade geometrier.

TIPSOTf betraktas som anjonstabiliserad silyliumjon ur ett syntetiskt perspektiv, vilket är mycket aktivt reagens för amino-och hydroxiskydd. TIPS + kan enkelt överföras till kväveatom av tertiär amin i Ag-int4b för att bilda kvartära ammoniumarter Ag-int4a genom SN2 nukleofil tillsats med en barriär (Ag-TS4a) 15,0 kcal/mol. I de kvartära ammoniumarterna Ag-int4a är C – n-bindningen mycket lätt att slappna av högspänning av fyra medlemmar och bilda silver(i) samordnade ketenarter Ag-int4a-1 med en barriär (Ag-TS4a-1) endast 0,1 kcal/mol. I denna process överförs positiv laddning från kväve-och kiselatomer (N-Si) till silver-och kolatomer (Ag-C). (NBO-laddningsfördelning visar att laddning av N-Si ändras från 1,58 till 1.47, medan Ag-C-atomer ändras från 0,19 till 0,32). Ag-int4a – 1 kan lätt genomgå ringstängning för att bilda sex-medlem Ag-int5a med en barriär (Ag-TS5a) 10,7 kcal/mol, den positiva laddningen återgår från Ag-C till N-Si. (NBO-laddningsfördelning visar att laddning av N-Si ändras från 1,47 till 1,79 och Ag-c ändras från 0,32 till 0,16). Från fyra-medlem ring mellanliggande Ag-int4a till sex-medlem ring mellanliggande Ag-int5a, det faktiskt uppleva två gånger elektron extraktion konkurrens mellan Ag-C och Si-N som domineras av TIPS+ och L-Ag+. I Ag-int4a extraherar den höga positiva laddningen av Si-N elektronen från elektronrik Ag-C-bindning, vilket leder till ring Öppen av Ag-int4a för att bilda Ag-int4a-1. Drivkraften för detta steg är hög positiv laddning av Si-N och hög spänning av fyra-ledad ring av Ag-int4a. barriären från silver (I) samordnade ketenarter Ag-int4a-1 till sex-medlem ring Ag-int5a är 10,7 kcal/mol. Även om hög reaktivitet hos ketenarter och bildning av n=n-bindning bidrar till detta steg, är denna process endoterm på grund av hög Lewis-surhetskaraktär av silyliumjon, drivkraften för detta steg är extremt hög exoterm frisättning N2. I allmänhet är frisättning N2 mycket exoterm och går igenom samordnad reaktionsväg34,35. I denna reaktion, släpp N2 gå igenom stegvis mekanism som kan hänföras till hög positiv laddning av silyliumjon (TIPS+). I Ag-int5a är längden på C-n-bindningen direkt kopplad till silyliumjon (TIPS+) är 1,53 kcal, en annan C-n-bindning är 1.45 kcal, vilket främst orsakas av hög positiv laddning av TIPS+. Den relativt längre C – n-bindningen inducerad av TIPS+ i Ag-int5a indikerar dess relativt enkla heterolyskaraktär. Vidare kan den elektronrika C-Ag-bindningen donera sin elektron till C-atomen efter heterolys, detta är mycket viktig drivkraft för C-N-bindningsheterolys. I själva verket är denna heterolysprocess också en elektronextraktionskonkurrens mellan Ag-C och Si-N, den positiva laddningen överförd från N-Si till C-Ag denna gång (NBO-laddningsfördelning visar att elektronen ändrats från 0,16 till 0,59 i C-Ag och 1,79 till 1.58 i N-Si från Ag-int5a till Ag-int6a). På grund av dessa skäl är barriären för heterolys C-N-bindning och stegvis N2-frisättning endast 2,9 kcal/mol. Om det inte finns några TIPS+ i denna struktur kan reaktionen gå igenom samordnad mekanism med en barriär (se Ag-TS7b i Fig. 6b) 6,7 kcal/mol. Silyliumjonen stabiliserad dinitrogen mellanliggande Ag-int6a är mycket lätt att frigöra N2, TIPS + och Ag-int7 (den negativa fria energibarriären för detta steg kommer från entropi och enkelpunktsenergikorrigering). TIPS + kombination med Ag-int7 för att ge slutprodukten är mycket exoterm (-60,3 kcal/mol).

keton-enol tautomerism path way (path b)

i Ag-int4b, är den exporterande kol nära sp3 hybridisering. C-Ag-c-vinkeln är 121,9 kcal (Fig. 5b), precis som dess substituerade ketonanaloger med socker-H, kan den mellanliggande Ag-int4b gå igenom intramolekylär isomerisering av keton-enoltautomerismstil (Fig. 6) för att erhålla Ag-int5b-1 som också är hastigheten bestämma steg för väg b (23,9 kcal/mol). Direkt dissociation av L-Ag + Från Ag-int4b är energiskt ogynnsam med en barriär 33,1 kcal / mol (se kompletterande Fig. 4.).

koppar(i) katalyserad IEDDA med SMC mekanism

Fig. 7: koppar(i) katalyserad IEDDA.

L avser 2,2 ’ – bipyridin (bpy). Gibbs fria energier är i kcal / mol. Väteatomen utelämnades och kolatom av ligand var vit täckt för tydlighet. Triisopropylsilyl (TIPS) förenklas till stor boll utom desilication process och versa. en Reaktionsprofil; B optimerade geometrier.

reaktionsväg sätt

AVC Avsugningar et al. utforskad mekanism med densitetsfunktionell teori (DFT), i deras beräkning, förenklade de triisopropylsilyl (TIPS) grupp i trimetylsilyl (TMS) grupp och fann att denna reaktion kan fortsätta genom stegvis mekanism17. Vi jämförde rate determine barrier (RDB) för vår föreslagna SMC-mekanism med stegvis mekanism under deras modell använder olika teorinivåer och fann att barriären för vår föreslagna SMC-mekanism är lägre än stegvis mekanism från 9,8 kcal/mol till 11.2 kcal / mol, vilket är ett starkt stöd för att vår föreslagna SMC-mekanism är mycket mer överlägsen stegvis mekanism (se detaljer i Tilläggstabeller 1-3 och kompletterande Fig. 1). Om vi använder samma referenspunkt som deras arbete (L-Ag+, 1a och 2a som referenspunkt) och ingen reducerad modell, är barriären för silverkatalyserad mekanism 26,1 kcal/mol vilket också överensstämmer med deras arbete.

för att ytterligare illustrera att vår föreslagna SMC-mekanism är mer lämpad för silver(i) och koppar(i) katalyserad iedda-reaktion, utvärderade vi barriären för traditionell reaktionsväg med relativt mer stabila Kubi-komplex (Ag-int1 och Cu-int1) som referenspunkt.

med Ag-int1 som nollpunkt är barriären för silver(I) katalyserad stegvis mekanism 33,3 kcal/mol och samordnad mekanism 34 kcal/mol (Fig. 8a).

barriären för kopparkatalyserad cykloaddition är mycket hög med stegvis mekanism 39,3 kcal/mol och den samordnade mekanismen 43,3 kcal/mol (Fig. 8b). Uppenbarligen är cykliseringsvägen inte gynnad både i silver(i) och koppar (i) katalyserad iedda-reaktion.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.