Níquel(0) - Serie Co., Ltd de Jinan Paladio

Nature Communications volumen 13, Número de artículo: 3392 (2022) Citar este artículo

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Las reacciones catalizadas por metales de transición de silaciclobutanos con una variedad de unidades π han atraído mucha atención y se han convertido en uno de los enfoques más sencillos y eficientes para acceder rápidamente a compuestos de organosilicio estructuralmente diversos. Sin embargo, la reacción de silaciclobutanos con alquinos todavía tiene algunas limitaciones: (1) los alquinos internos siguen siendo sustratos desafiantes; (2) se han empleado catalizadores costosos basados en Pd o Rh en todos los sistemas existentes; (3) todavía no se ha realizado el control de la quimiodivergencia. Aquí realizamos reacciones quimiodivergentes catalizadas por Ni de silaciclobutanos con alquinos. En comparación con los sistemas catalíticos de Pd o Rh anteriores, nuestro sistema catalítico de Ni presenta: 1) alcance de sustrato complementario; 2) quimiodivergencia controlada por ligando; 3) bajo costo. El ligando dicta con precisión la selectividad de la ruta, lo que conduce a la formación divergente de (benzo)silaciclohexenos y alilvinilsilanos. Además, demostramos que el empleo de un ligando de fosfina quiral es capaz de formar alil vinilsilanos estereogénicos de silicio con altos rendimientos y enantioselectividades. Además, el cálculo de DFT se realiza para dilucidar el origen de las selectividades conmutables, que se atribuye principalmente a diferentes efectos estéricos de ligando.

El descubrimiento de metodologías generales y eficientes para abordar compuestos orgánicos que contienen silicio1, incluidos los silicios quirales2,3,4,5,6,7,8,9,10, ha suscitado un gran interés. Porque estas moléculas son fundamentalmente importantes con multitud de aplicaciones que van desde la síntesis orgánica, la ciencia de los materiales hasta la química médica11,12,13,14,15,16. La sustitución de sila a menudo conduce a la mejora de la potencia y las propiedades ADMET de los candidatos similares a fármacos17,18.

Los silaciclobutanos (SCB), que fueron sintetizados por primera vez por Kipping19,20,21, demostraron poseer una reactividad única y sirvieron como pieza clave sintética para acceder rápidamente a una variedad de compuestos de organosilicio, incluido el silicio quiral que surge de su alta tensión anular y acidez de Lewis mejorada22,23 ,24,25,26. Por ejemplo, los metales de transición de baja valencia pueden insertarse fácilmente en los SCB para formar silametalaciclos de 5 miembros, que son capaces de sufrir la inserción migratoria de una variedad de unidades π en los enlaces M−Si, cultivadas en varias reacciones fascinantes catalizadas por metales de transición. . En este contexto, en 1975, Sakurai e Imai realizaron la primera cicloadición de los SCB con alquinil carboxilatos o fenilacetileno mediante el uso de un sistema catalítico de Pd, pero dando la mezcla de silaciclohexenos y alil vinilsilanos27,28, lo que dificulta gravemente sus aplicaciones prácticas. En 2012, Shintani et al. hizo un avance importante en la cicloadición de los SCB con carboxilatos de alquinilo (Fig. 1a, derecha)29. Revelaron que un catalizador de paladio coordinado con un ligando de fosforamidita quiral estéricamente exigente podría facilitar el paso de eliminación reductora para la formación altamente quimioselectiva y enantioselectiva de los silaciclohexenos estereogénicos de silicio enriquecidos enantio. Desafortunadamente, los alquinos menos deficientes en electrones, como los fenilacetilenos y los difenilacetilenos, son claramente incompatibles. Hasta hace poco, Song y Xu lograron de forma independiente la primera cicloadición altamente eficiente y quimioselectiva de SCB con alquinos para producir silaciclohexenos mediante el empleo de condiciones catalizadas por Rh (Fig. 1a, izquierda)25,30. Además, Song et al. demostró además que el uso del ligando de fosforamidita quiral durante la reacción es capaz de inducir una enantioselectividad de moderada a buena en el centro de silicio estereogénico. A pesar de los avances significativos, la reacción todavía sufre algunas limitaciones hasta la fecha: (1) no se ha demostrado que los SCB reaccionen con alquinos internos no activados, como los diarilacetilenos, de manera intermolecular; (2) se han empleado catalizadores costosos basados en Pd o Rh en todos los sistemas existentes; (3) aún no se ha realizado la dirección de la ruta de reacción exclusivamente hacia la formación quimioselectiva y enantioselectiva de alil vinilsilanos. Debido a que el Ni es más pequeño y más nucleofílico que el Pd y el Rh, los catalizadores a base de níquel son generalmente más activos que los correspondientes complejos de paladio y rodio para activar los alquinos internos31,32,33,34,35 y romper el enlace C−Si en los SCB36, 37,38,39. Al mismo tiempo, la eliminación de β-H suele ser más fácil en el centro de Ni en comparación con los centros de Pd o Rh. Cuestionamos si el catalizador de Ni (0) es capaz de facilitar la reacción de los SCB con alquinos internos no activados y, al mismo tiempo, controlar la selectividad de la ruta en combinación con los ligandos adecuados para la formación selectiva de la eliminación reductora o del producto de eliminación de β-H (Fig. 1b) , ampliando así aún más la utilidad de este proceso en el ensamblaje modular de diversos andamios que contienen silicio, como una matriz de silaciclohexenos sustituidos con diarilo vecinal y vinilsilanos anclados con alilo, que son difíciles de sintetizar por los otros métodos. Vale la pena señalar que las estructuras de diarilo vecinal con/sin centros quirales son un andamio común en numerosos fármacos comercializados, como se muestra en la Fig. 1c. Teniendo en cuenta la importancia del "cambio C/Si" para el desarrollo de nuevos materiales, fármacos y pesticidas11,12,13,14,15,16,17,18, la introducción de restos sililo en estructuras 1,2-diaril es de gran importancia y muy deseada.

una reacción catalizada por Pd o Rh de SCB con alquinos en la literatura. b Este trabajo para reacciones divergentes catalizadas por Ni de SCB con alquinos. c Moléculas medicinalmente relevantes que poseen estructuras de diarilo vecinal. El sitio potencial de "cambio C/Si" en esas estructuras de diarilo vecinal se ha resaltado con una bola rosa.

En este documento se describen reacciones quimiodivergentes controladas por ligando catalizadas por Ni de SCB con alquinos. En comparación con los sistemas catalíticos de Pd o Rh anteriores, nuestro sistema catalítico de Ni presenta: (1) ámbito de sustrato complementario; (2) quimiodivergencia controlada por ligando; (3) bajo costo. En nuestro sistema, mediante el uso de un ligando NHC estérico impedido para suprimir de manera altamente eficiente la eliminación de β-H, los SCB experimentan una expansión del anillo para proporcionar exclusivamente silaciclos. Por el contrario, los ligandos de fosfina permiten el paso de eliminación de β-H para producir alil vinilsilanos. Además, demostramos además que el empleo de un ligando de fosfina quiral es capaz de la inducción asimétrica de la reacción de apertura de anillo de SCB y alquinos internos, formando alil vinilsilanos estereogénicos de silicio en altos rendimientos y enantioselectividades. Además, encontramos que la anulación [4 + 2] de benzosilaciclobutanos con alquinos internos también procede regioselectivamente a través de la escisión del enlace Si−C(sp2) para producir una serie de dihidrobenzo[c]silinas mediante la elección de los ligandos adecuados.

Comenzamos nuestras investigaciones usando SCB 1a y difenil acetileno 2a como sustratos modelo bajo los métodos catalizados por Pd o Rh desarrollados para la cicloadición de SCB con alquinos terminales, pero se encontró que estas condiciones no eran reactivas (Tabla 1, entradas 1– 2). Para nuestro deleite, la reacción de 1a y 2a se produjo sin problemas en presencia de Ni(cod)2 (10% en moles) y PCy3 (20% en moles), produciendo una mezcla de silaciclohexeno 3aa y alil vinilsilano 4aa en una proporción de 6:61. (Entrada 3). Luego se examinó un gran panel de ligandos (consulte la Tabla complementaria 1). Finalmente, encontramos que el producto de eliminación de β-H 4aa se obtuvo exclusivamente con un rendimiento del 83% mediante el uso de fosfina pequeña PMe3 como ligando (Entrada 5). Por el contrario, la reacción realizada con el ligando NHC comercialmente disponible IMes·HCl (cloruro de 1,3-dimesidad-4,5-dimetil-1H-imidazol-3-io) resultó en la formación exclusiva del silaciclo 3aa en condiciones de reacción idénticas (Entrada 8 ). Los mejores resultados para la producción de 3aa (84 % de rendimiento aislado) se encontraron en presencia de 20 mol% de IPr·HCl (cloruro de 1,3-bis(2,6-diisopropilfenil)imidazolio) con la incorporación de 20 mol% de LiOtBu a 120 °C. C (Entrada 10).

Con este protocolo optimizado, primero investigamos el alcance del sustrato y la tolerancia del grupo funcional de la expansión del anillo catalizada por Ni de SCB con alquinos internos (Tabla 2). Es grato que la reacción de SCB 1a y una amplia variedad de diarilalquinos simétricos monosustituidos o multisustituidos hayan proporcionado los productos deseados con buenos rendimientos y efectos estéricos y electrónicos casi insignificantes de los sustituyentes (3ab-an). El alquino sustituido con heteroarilo también fue bien tolerado (3ao). Es importante destacar que este sistema catalítico es notablemente tolerante con varios grupos funcionales en el anillo de fenilo de los diarilalquinos, como los grupos F, CF3, COOEt y OMe. Además, varios alquinos internos alifáticos también son compatibles con la condición establecida, lo que permite el acercamiento a los productos silacíclicos de seis miembros (3bp−br). Además de los alquinos simétricos, también aplicamos este procedimiento catalítico de Ni a los alquinos internos asimétricos para ampliar aún más la aplicabilidad de esta reacción. Afortunadamente, la reacción de 1-fenilpropino 2s con SCB 1b transcurrió sin problemas en condiciones estándar catalizadas por Ni para producir el producto 3bs con un rendimiento del 60%. Sin embargo, solo se observó una proporción regioisomérica (rr) moderada (rr = 3:1). Los experimentos posteriores demostraron que el empleo de 1-fenil-1-pentino (2t) como compañero de alquino aumentaría la relación regioisomérica a 6:1 con un rendimiento del 70% (3bt). Estos resultados indicaron que aumentar el volumen estérico del sustituyente puede asegurar un paso de carbometalación altamente selectivo durante la reacción, lo que resulta en una mejora de la regioselectividad. Luego examinamos el efecto del aumento de la diferencia estérica entre R1 y R2 con 2u y 2v que contienen i-propilo o ciclopropilo. La reacción de cicloadición demostró ser menos eficiente (35 % de rendimiento para 3bu y 45 % de rendimiento para 3bv), pero la regioselectividad mejoró significativamente (rr > 20:1 para 3bu y 3bv). A continuación, examinamos la reactividad de los alquinos 2w y 2x protegidos con TMS. En nuestras condiciones de reacción, la cicloadición de arilacetilenos 2w y 2x protegidos con TMS con SCB 1b condujo exclusivamente a los correspondientes silaciclos 3bw y 3bx con rendimientos moderados (63 % de rendimiento para 3bw y 55 % de rendimiento para 3bx) y regioselectividad completa (rr > 20 :1 para 3bw y 3bx). Sin embargo, los alquinos terminales, como el fenilacetileno o el 1-hexino, que funcionaron bien con los SCB en condiciones anteriores catalizadas por Rh, no pudieron participar en la reacción debido a la rápida autooligomerización de los alquinos en condiciones catalizadas por Ni. Luego, se examinó el alcance de los SCB con diversos sustituyentes en el silicio. El silicio puede estar sustituido con mono o diarilo, lo que da lugar a 3ba-ga y 3la con altos rendimientos. Los grupos donadores y atractores de electrones en la posición meta o para del anillo de fenilo fueron bien tolerados (3da-fa). Un grupo metilo en la posición orto estaba estéricamente desfavorecido, de modo que el producto de expansión del anillo 3ca se generó con un rendimiento de sólo el 25%. El cambio de los sustituyentes del silicio a grupos etilo, n-butilo y bencilo no afectó significativamente el rendimiento. También se observaron buenos rendimientos (3ha−ka).

Alentados por la alta eficiencia y selectividad para la reacción de apertura de anillo de los SCB con alquinos internos lograda que utiliza la catálisis de Ni en combinación con el ligando de fosfina para la formación de alil vinilsilanos 4, intentamos desarrollar una versión asimétrica para la construcción enantioselectiva de silicio altamente enantioenriquecido. -alilsilanos estereogénicos. Realizamos la evaluación de una variedad de diferentes ligandos P quirales mediante el uso de SCB 1b y difenilacetileno 2a como sustratos modelo en presencia de Ni(cod)2 (10% en moles) en tolueno a 100 °C durante 24 h ( Tabla 3, entradas 1–20). Los resultados mostraron que solo el fosfonito L20 derivado de TADDOL podía inducir eficientemente una buena enantioselectividad con un buen rendimiento (Entrada 11; 90 % de rendimiento y 85:15 er). La enantioselectividad se mejoró aún más (89,5:11,5 er) sin una pérdida de rendimiento significativa (88 % de rendimiento) al reducir la temperatura de reacción a 60 °C (Tabla 3, entrada 21). Sin embargo, el rendimiento de 4ba disminuyó significativamente (rendimiento del 40 %) mientras se reducía aún más la temperatura a 40 °C (Tabla 3, entrada 22). Investigaciones posteriores demostraron que la sustitución del grupo fenilo en el silicio de SCB 1b por el grupo o-tolilo condujo a una mejora significativa de la enantioselectividad (Entrada 23, 95,5:4,5 er para 4ca). Además, se observaron mejoras adicionales en la enantioselectividad y el rendimiento mediante el uso de 2-MeTHF como disolvente, generando el producto 4ca con un rendimiento del 92 % y 96:4 er (entrada 24).

Bajo las condiciones optimizadas para que la versión asimétrica acceda a los alilsilanos 4 estereogénicos de silicio enriquecidos enantio, se examinó el alcance del sustrato (Tabla 4). Primero exploramos varios diarilalquinos 2 en la reacción de apertura del anillo con 1-metil-1-(o-tolil) siletano 1c. Los resultados indican que los diarilalquinos que llevan sustituyentes neutros en electrones, deficientes en electrones y ricos en electrones en diferentes posiciones del anillo de fenilo fueron compatibles con la reacción actual, lo que permitió el acceso a alil vinilsilanos estereogénicos de silicio con un rendimiento del 40 al 92 % y una proporción de 91:9. er a 96:4 er (4ca−co). El alquino alifático simétrico reaccionó con SCB 1q para proporcionar el producto deseado 4cp con un rendimiento del 85 % con una relación enantiomérica moderada (74:26 er para 4cp). Además, los alquinos internos asimétricos como el 1-fenilpropino eran inertes. Luego, se probaron una serie de SCB con diversos sustituyentes en el silicio utilizando 2a como compañero de alquino en la condición optimizada. Los SCB 1d-e con diferentes sustituyentes en la posición orto del grupo fenilo en el silicio reaccionaron suavemente con 2a para dar los productos 4da y 4ea con buenas enantioselectividades (92:8 er para 4da y 91:9 er para 4ea). El bajo rendimiento del producto 4da se atribuye al mayor impedimento estérico. El efecto de los sustituyentes en las posiciones meta y para y la conjugación π del anillo de fenilo en el silicio también se ilustraron mediante los productos 4fa−ia. El reemplazo del grupo metilo en el silicio de los SCB por otros grupos alquilo como etilo, i-propilo y ciclopropilo no afectó significativamente la eficiencia de la reacción ni la enantioselectividad, lo que ofrece una variedad de alil vinilsilanos estereogénicos de silicio quirales (4ja–oa) en un 35–85% de rendimiento y 90:10 er a 92,5:7,5 er. En particular, como los productos 4 son líquidos, se empleó un método quiróptico para determinar la configuración absoluta del producto 4cb40,41. Los espectros de dicroísmo circular electrónico computacional (ECD) para 4cb calculados por la teoría funcional de la densidad (DFT) dependiente del tiempo coinciden bien con los espectros ECD experimentales (consulte las figuras complementarias 1–3). Por lo tanto, se asignó 4cb para configurarse en S.

Tras el éxito en la reacción divergente controlada por ligando catalizada por Ni de SCB con alquinos internos, procedimos a realizar la reacción de benzosilaciclobuteno 5a con difenilacetileno 2a para tratar de extender aún más la aplicación práctica de este sistema catalítico de Ni en la síntesis de silaciclo, incluso la reacción de benzosilaciclobutenos con alquinos internos inactivados tampoco se ha presentado nunca (Fig. 2a). Desafortunadamente, la reacción produjo una mezcla de dos componentes, 6aa y 6aaʹʹ, en una proporción de 55:45 con conversión completa en las condiciones de reacción de expansión del anillo optimizadas debido al enlace competitivo Si−C(sp3) y al enlace Si−C(sp2). escisión de 5a. La formación de 6aaʹʹ probablemente se atribuye a la inserción migratoria competitiva del alquino en el enlace Ni-C, seguida de una isomerización del alqueno y una eliminación reductora secuencial42,43. Para mejorar la regioselectividad en la escisión del enlace Si-C del benzosilaciclobuteno 5a, analizamos un gran conjunto de parámetros de reacción, como ligandos, solventes y temperaturas (Tabla complementaria 2). Finalmente, descubrimos que el empleo de PMe3 como ligando y 1,4-dixoano como solvente resultó en una fuerte preferencia por la escisión del enlace Si-C (sp2) para producir 6aa con un rendimiento del 86 %. A continuación, examinamos el alcance del sustrato para la cicloadición de benzosilaciclobutenos 5 con alquinos internos 2 para acercarse a diversas dihidrobenzo [c] silinas 6 en las condiciones modificadas (Fig. 2, panel inferior). Varios diarilalquinos que llevan sustituyentes en la posición meta o para del anillo de fenilo procedieron sin problemas para proporcionar los silaciclos deseados con rendimientos satisfactorios (6ab-ai). Nuevamente, nuestro método también podría aplicarse en alquinos de dialquilo sin ninguna caída en los rendimientos (6bj−bk). Se observaron regioselectividades moderadas de 1,9:1 a 6:1 para los alquinos internos asimétricos (6bl−bn). Además, estudiamos los benzosilaciclobutenos 5 para esta reacción. Para nuestro deleite, los benzosilaciclobutenos que contienen diferentes grupos en el silicio podrían utilizarse para reaccionar con 1a empleando PAd3 como ligando, proporcionando productos cíclicos 6bj-bm y 6ba-ca con buenos rendimientos y selectividades. Finalmente, demostramos que el alto rendimiento y la selectividad no se vieron afectados por la instalación de diversos sustituyentes en diferentes posiciones del anillo de fenilo en los benzosilaciclobutenos (6da−ha).

a Optimización de condiciones para la reacción de benzosilaciclobuteno 5a con alquino interno 2a. b Alcance del sustrato para la cicloadición catalizada por Ni de benzosilaciclobutenos con alquinos internos en condiciones optimizadas. Condición de reacción: alquinos 2 (0,2 mmol) y benzosilaciclobutenos 5 (0,3 mmol, 1,5 equiv.), Ni(cod)2 (5,8 mg, 0,02 mmol), PMe3 (40 μl, 1,0 M en THF, 0,04 mmol) y 1, 4-dioxano (1,0 ml) a 100 °C durante 24 h.

Para demostrar la practicidad de nuestro método, primero ampliamos la reacción de cicloadición catalizada por Ni de SCB 1a con 2a, así como la reacción de apertura de anillo enantioselectiva de SCB 1c con 2a para obtener 0,6 g de 3aa con un rendimiento del 73 % y ~1 g de 4ca con un rendimiento del 85% con un ee del 92%, respectivamente (Fig. 3a, b). Además, demostramos la utilidad sintética del silaciclo 3aa de 6 miembros y el alilsilano estereogénico de silicio enantioenriquecido 4ca mediante la realización de varias transformaciones posteriores adicionales. El enlace C=C de 3aa se puede reducir fácilmente con hidrógeno en presencia de catalizador de Pd/C para proporcionar el compuesto 7 con un rendimiento del 85 %. Además, 3aa también podría sufrir la reacción de epoxidación a temperatura ambiente en presencia de oxidante m-CPBA para proporcionar epóxido 8 con un rendimiento del 77%. Además, el producto 4ca se trató con el reactivo de Schwartz, seguido de yodo molecular para entregar el yoduro primario correspondiente 9 con un rendimiento del 90 % con retención de la enantioselectividad. Además, demostramos que el producto 4ca se puede convertir en diol vecinal 10 con una dr de 1:1 a través de una secuencia de diboración/oxidación. La hidroboración del enlace C=C terminal en 4ca también avanzó suavemente para producir vinilsilano borilado 11 con un rendimiento del 85% en presencia de AlEt3. El 4ca también podría someterse sin problemas a la hidrogenación, así como a la hidroboración-oxidación para producir un producto 12 con un rendimiento del 90 % con un 92 % de ee y 1,2:1 dr y vinilsilano funcionalizado con hidroxilo estereogénico de silicio enantioenriquecido 13 con un rendimiento del 73 % y un 92 % de ee.

una síntesis a escala de Gram y utilidad sintética de 3aa. b Síntesis a escala de gramos y utilidad sintética de vinilsilanos estereogénicos de silicio enantioenriquecidos 4ca. Los detalles de los experimentos se han proporcionado en Información complementaria (SI).

Para probar el mecanismo de reacción, se llevaron a cabo varios experimentos perspicaces desde el punto de vista mecánico (Fig. 4a). Cuando mezclamos 1,2-bis(3-fluorofenil)etino con 1,0 equiv. de Ni(cod)2 en presencia de 2,0 equiv. IMes · HCl y LiOtBu en tolueno-d8 durante 1 h a 60 ° C, se produjo la división de la señal del átomo de F (ver la Fig. 4 complementaria). La adición de difenil acetileno a Ni (PPh3) 4 dio como resultado la aparición de un nuevo pico de RMN de 31P en δ = 39,84 ppm (consulte la Fig. 5 complementaria). Estos resultados respaldaron la existencia de un complejo de níquel(0)-alquino. Además, no hubo incorporación de deuterio de 4aa en la reacción de apertura del anillo catalizada por Ni de 1a y 2a en presencia de 5,0 equivalentes de CD3OD. Implica fuertemente que la reacción de apertura del anillo bajo la condición optimizada probablemente involucró un proceso de cambio de hidrógeno intramolecular. Siguiendo nuestra observación experimental y los estudios previos, propusimos un mecanismo plausible para racionalizar la divergencia de estructura controlada por ligando en la reacción catalizada por Ni de SCB con alquinos internos no activados (Fig. 4b). Comienza con la coordinación de Ni0 a alquinos internos, formando así el complejo A de níquel(0)-alquino, al que sigue la escisión oxidativa asistida por coordinación de Si−C(sp3) en SCB, produciendo así Ni-silaciclohepteno B. Ni-silaciclohepteno B podría someterse sin problemas a una eliminación reductora para producir productos cíclicos 3 o eliminación de hidruro β para producir alil vinilsilanos 4. Para revelar los orígenes de la divergencia estructural controlada por ligando en la reacción catalizada por Ni de los SCB con alquinos internos no activados, estudios computacionales para la reacción de 1a y 2a se llevó a cabo por DFT44,45. Como se muestra en la Fig. 4c y la Fig. 6 complementaria, los perfiles calculados revelaron que la eliminación reductora del intermedio B conduce al producto de expansión del anillo 3aa a través de un estado de transición de anillo de tres miembros TSRE y la eliminación de β-H del intermedio B para formar el producto de apertura del anillo 4aa se somete a un proceso de transferencia de ligando a ligando H (LLHT) a través del estado de transición TSLLHT. En buena concordancia con los experimentos, los estados de transición calculados predicen claramente que IPr y PMe3 como ligandos favorecen la generación de 3aa y 4aa respectivamente con una diferenciación cinética significativa (7,1 kcal/mol para IPr-TSRE frente a IPr-TSLLHT y 2,7 kcal/ mol para P2-TSRE frente a P-TSLLHT)46. Es importante destacar que los cálculos implican que una diferencia importante entre los TS competidores radica en el entorno estérico alrededor del centro de Ni. Las ligaduras adicionales de un grupo hidruro y una unidad C=C parcialmente formada en TSLLHT hacen que la primera esfera de coordinación esté más llena que en TSRE. Este último solo involucra una matriz Ni-C-C de anillo de tres miembros relativamente pequeña que es en gran medida compatible incluso con el ligando IPr más grande. Estas observaciones nos llevaron a cuestionar si es operativo un control estérico de la reactividad.

a Experimentos de control. b Mecanismo plausible. c Investigación DFT sobre el origen mecánico de la divergencia de estructura controlada por ligando en la reacción catalizada por Ni de SCB 1a con 2a. Las energías libres se muestran en kcal/mol, las distancias en Å. La especie Ni-silaciclohepteno se utilizó como energía cero.

Para aclarar nuestra hipótesis sobre el control estérico de la reactividad, se realizó un análisis visual de las interacciones no covalentes para el estado de transición IPr-TSRE e IPr-TSLLHT. Revela que IPr-TSLLHT contiene repulsiones estéricas ligando-sustrato apreciables, mientras que el IPr-TSRE competidor muestra principalmente dispersiones atractivas (Fig. 5a). La evaluación de las energías de distorsión del ligando también sugiere mayores deformaciones del ligando en la vía LLHT más congestionada si se usa IPr como ligando (Fig. 5b; Edist, L para IPr-TSLLHT = 5,2 kcal/mol, Edist, L para IPr-TSRE = 3,5 kcal /mol). Por el contrario, las repulsiones se pueden eludir mediante el uso de un ligando PMe3 pequeño, como se refleja en las energías de distorsión del ligando casi ignorables (≤0,5 kcal/mol tanto en P2-TSRE como en P-TSLLHT) y la aparición de distancias atómicas no repulsivas. Postulamos que la ruta LLHT es plausiblemente preferida intrínsecamente frente a la eliminación reductora para formar el producto de apertura del anillo en esta reacción catalizada por Ni de SCB con alquinos, que se convierte en una realidad cuando se usa el ligando pequeño PMe3. Sin embargo, el uso de grandes ligandos IPr estéricamente impedidos en la reacción conduciría a distorsiones significativamente desestabilizadoras de TSLLHT. Dirigirá la vía de reacción hacia la eliminación reductora a través de un TSRE menos concurrido para producir el producto de cicloadición. Para proporcionar apoyo experimental a nuestro punto de vista, la reacción de SCB 1a con 2a se llevó a cabo en presencia de un precursor del NHC con mucho menos impedimento estérico, yoduro de 1,3-dimetil-3-imidazolio (IMe·HI; Fig. 5c). Como era de esperar, la reacción a su vez favorece la ruta LLHT para obtener una alta proporción entre el producto de apertura del anillo 4aa y el producto de expansión del anillo 3aa (86:14). En particular, también hemos llevado a cabo los estudios computacionales para investigar la vía de reacción de la cicloadición catalizada por Ni de benzosilaciclobutenos 5 con alquinos internos 2 (consulte las Figs. 7 y 8 complementarias). Esos resultados son consistentes con las observaciones experimentales.

a Análisis visual de interacciones no covalentes47. b Energías de distorsión del ligando. c La reacción de SCB 1a con 2a mediante el uso de un ligando NHC con mucho menos impedimento estérico. Las energías libres se muestran en kcal/mol, las distancias en Å.

En resumen, hemos descrito la reacción catalizada por níquel de (benzo)silaciclobutanos con alquinos. La elección de diferentes ligandos dicta si la ruta involucra cicloadición o apertura de anillo. Además, mediante el uso de un ligando de fosfonito quiral derivado de TADDOL, logramos la reacción de apertura de anillo altamente enantioselectiva de SCB con alquinos, lo que constituye una ruta eficiente y general para la síntesis asimétrica de alil vinilsilanos estereogénicos de silicio. Los orígenes de las selectividades conmutables se dilucidaron mediante el cálculo de DFT. Los resultados indican que las dos vías comparten un intermedio de Ni-silaciclohepteno. El ligando IPr promueve la eliminación reductora directa a través de un estado de transición de anillo de tres miembros a partir de este intermedio para proporcionar una serie de (benzo)silaciclohexenos. Como alternativa, el ligando pequeño de PMe3 permite la apertura del anillo a través de un proceso LLHT a partir de Ni-silaciclohepteno para generar diversos alil vinilsilanos.

En una caja de guantes, se cargó un vial de vidrio de 8 ml con tapón de rosca secado al horno y equipado con una barra de agitación magnética con Ni(cod)2 (5,8 mg, 0,02 mmol), IPr·HCl (10,2 mg, 0,024 mmol), LiOtBu ( 3,2 mg, 0,04 mmol) y tolueno (1,0 ml). La mezcla se agitó a temperatura ambiente durante 15 min. Luego se añadieron a la mezcla de reacción SCB 1 (0,6 mmol, 3,0 equiv.) y alquino 2 (0,2 mmol). El vial se selló con una tapa de PTFE y se retiró de la guantera. La reacción se dejó en agitación a 120 °C durante 24 h. Después de enfriar a temperatura ambiente, el solvente se eliminó al vacío y el residuo se purificó por cromatografía ultrarrápida para proporcionar los productos correspondientes.

En una caja de guantes llena de nitrógeno, a un vial de 8 ml cargado con Ni(cod)2 (5,8 mg, 0,02 mmol) y (R,R)-L20 (27,0 mg, 0,04 mmol) se le añadió 1,0 ml de 2-MeTHF y la mezcla se agitó a temperatura ambiente durante 1 hora. Luego, se añadieron alquinos 2 (0,2 mmol) y SCB 1 (0,4 mmol). A continuación, el vial se selló con una tapa de PTFE y se sacó de la guantera. La mezcla se agitó continuamente a 60 °C durante 24 h. Una vez completada la reacción, el disolvente se eliminó por evaporación rotatoria y el residuo se sometió a cromatografía en columna de gel de sílice para dar los productos correspondientes.

En una caja con guantes llena de nitrógeno, a un vial con tapón de rosca de 8 ml secado al horno equipado con una barra de agitación magnética se añadió Ni(cod)2 (5,8 mg, 0,02 mmol), PMe3 (40 μl, 1,0 M en THF, 0,04 mmol) y 1,4-dioxano (1,0 ml). La mezcla se agitó durante 15 min a temperatura ambiente, momento en el que se añadieron a la mezcla resultante alquinos 2 (0,2 mmol) y benzosilaciclobutenos 5 (0,3 mmol, 1,5 equiv.) en este orden. El vial se selló con una tapa de PTFE, se sacó de la guantera y la reacción se agitó a 100 °C durante 24 h. Después de enfriar a temperatura ambiente, el solvente se eliminó al vacío y el residuo se purificó en una columna C18 (ODS) (5 μm, 21,2 × 250 mm) con acetonitrilo mediante RP-HPLC preparativa con una serie CHEETAH HP de Bonna-Agela.

Los autores declaran que los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles en el artículo y sus Archivos de Información Complementaria, y también están disponibles a pedido del autor correspondiente.

Hiyama, T. & Oestreich, M. Química de organosilicio: nuevos enfoques y reacciones (Wiley-VCH, 2019).

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Gaussian 16, revisión A.03 (Gaussian, Inc.) (consulte la información complementaria para obtener una referencia completa).

Todos los estudios mecanicistas de DFT se llevaron a cabo al nivel de (SMD-)PBE0-D3(BJ)/def2-TZVP//M06-L/def2-SV(P) con correcciones cuasi-armónicas. Las referencias y el procedimiento de cálculo completo se proporcionan en el SI.

Los cálculos de DFT indican que el estado de transición de eliminación reductora monocoordinada de PMe3 (P-TSRE) posee una energía más alta de 21,3 kcal/mol que la del estado de transición de eliminación reductora bicoordinada de PMe3 P2-TSRE (consulte la Fig. 6 complementaria).

El análisis visual de las interacciones no covalentes se realizó utilizando el modelo de gradiente independiente implementado en el programa Multiwfn (consulte la Información complementaria para obtener referencias).

Descargar referencias

Agradecemos el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (22071114, 22022103, 21871146), el Laboratorio de Transformaciones Químicas Sostenibles de Haihe, el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China (2019YFA0210500), el "Centro de Ciencias Fronterizas para Nuevas Materia Orgánica", Universidad de Nankai (Número de Subvención 63181206), y los Fondos de Investigación Fundamental para las Universidades Centrales y la Universidad de Nankai.

State Key Laboratory and Institute of Elemento-Organic Chemistry, Haihe Laboratory of Sustainable Chemical Transformations, Facultad de Química, Universidad de Nankai, Tianjin, 300071, China

Xi-Chao Wang, Bo Li, Cheng-Wei Ju y Dongbing Zhao

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X.-CW y C.-WJ llevaron a cabo los experimentos. BL realizó el cálculo de DFT. DZ concibió el concepto, dirigió el proyecto y escribió el artículo.

Correspondencia a Dongbing Zhao.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature Communications agradece a Chuan He, Peng Wang y los otros revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Wang, XC., Li, B., Ju, CW. et al. Reacciones divergentes catalizadas por níquel(0) de silaciclobutanos con alquinos internos. Nat Comun 13, 3392 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31006-y

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Recibido: 09 enero 2022

Aceptado: 23 de mayo de 2022

Publicado: 13 junio 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31006-y

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