镍催化C(sp~3)-F键活化耦合反应机理的理论研究

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:SANDWICHSZHANG
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过渡金属催化的有机反应,由于其高的反应活性、选择性,优良的官能团兼容性等优点,在药物开发和有机合成领域有着广泛的应用,其中过渡金属催化的C-F键活化占据重要的一席之地,备受瞩目。近十几年来,人们对芳基、乙烯基和烯丙基氟化物C-F键的交叉耦合反应进行了深入而系统的研究,但实现三氟甲基的C-F键活化仍然是一项极富挑战性的任务。通常,断裂C(sp3)-F键使用低价态过渡金属进行氧化加成来完成,但C(sp3)-F键本身强的键离解能以及在三个氟原子上孤对电子的屏蔽效应导致反应条件相对苛刻,这在一定程度上限制了该方法的潜在应用。相比之下,β-杂原子消除能够在温和的实验条件下进行,因此,通过β-F消除断裂C-F键是目前较为合理的合成方法。目前,相关反应的区域和立体选择性控制,不仅是实验化学家需要解决的问题,更引起理论化学家的关注,去探索实验现象背后的本质,因此具有非常重要的科学意义和应用前景。本文论文通过密度泛函理论(DFT)方法,研究了Ni(cod)2/PCy3催化2-三氟甲基-1-烯烃(1)和炔烃(2)的耦合反应。计算表明,反应经历配体交换→烯烃配位→氧化环化(1+Ni(0)+2)→第一个β-F(C(sp3))消除形成烯基镍(Ⅱ)中间体。从该中间体开始,反应要么生成计量的去氟化[3+2]环加成产物3,要么生成去氟化耦合产物(无甲基化产物5,单甲基化产物8或三甲基化产物9),这取决于加入了何种额外试剂(Et3SiH,ZnMe2或AlMe3)。Et3SiH的加入诱导反应生成产物5,是其转位步骤比生成3的5-endo插入更容易进行的缘故;由于F→Zn/Al相互作用的存在,ZnMe2/AlMe3的使用将甲基引入到去氟化耦合产物中;在化学计量反应中,产物3而非C(sp3)-F氧化加成产物被捕捉的化学选择性源于吸电子–CF3基团的存在。在Et3Si H参与的催化反应中,产物只生成5的化学选择性有如下原因:(i)Et3Si-H氧化加成产物的形成是热力学不可行的。(ii)大的空间位阻和相对弱的Ni-Si的σ键严重影响了炔烃硅氢化产物的生成。此外,Ni…Zn之间弱的相互作用阻碍了导致产物9的C(sp3)-F氧化加成决速步的进行,因而最终产生区域选择性的产物8。而强的Ni…Al相互作用促使产物8进一步转化为产物9。
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