无过渡金属催化
芳基-芳基偶联机理
今天小编给大家分享的是来自《Chemistry - A European Journal》杂志中的一篇文章——《Transition Metal-Free Aryl-Aryl Cross-Coupling: C–H Arylation of 2-Naphthols with Diaryliodonium Salts》
引言
近些年，许多领域都希望避免过渡金属催化剂的使用，无过渡金属催化剂因其环境和经济的优势，备受关注。芳基-芳基偶联反应是在制药行业中应用最广泛的反应之一，也需要严格控制催化剂中金属的含量。本篇文章开发了一种无过渡金属催化2-萘酚与二芳基碘鎓盐偶联的方法。该方法可以引入缺电子的芳基，打破传统方法只能引入富含电子芳基的限制。此外，本文通过 DFT 计算明确了反应机理，我们的工程师也使用AlphaCat智算平台计算得到了一致的结果，让我们一起继续往下阅读文章吧。
结果分析
为了研究无过渡金属催化2-萘酚与二芳基碘鎓盐偶联反应，科研人员首先介绍了三种常见的无过渡金属催化苯酚芳基-芳基偶联的方法，如图1所示。这三种方法具有很多优点，但只能引入电子丰富的芳基。此外，引入的芳基有极大概率携带不必要的官能团。
图1. 无过渡金属苯酚芳基化的三种常见方法
为了减轻这种限制，研究人员在Quideau的方法（图2）的基础上，探索了一系列反应条件，确定了一套参数，可以确保选择性地生成所需芳香化产物，且收率极高。结果表明碳酸钠和环己烷溶液环境在促进偶联反应方面最为优越。
图2. Quideau报道的2-萘酚与diaryliodonium chloride（二苯基氯化碘）的反应图
在确定了最佳条件之后，进一步探索了 2-萘酚无过渡金属芳基化反应的范围。另外，研究发现，芳基化 2-萘酚还可以得到2-甲氧基萘并[2,1-b]苯并呋喃等产物（图3）。
图3. 合成 2-甲氧基萘并[2,1-b]苯并呋喃反应路径
为了深入了解 2-萘酚与二芳基碘鎓盐的偶联机理，科研人员进行了密度泛函理论（DFT）研究。图 4 为反应的自由能曲线，结果表明反应由 2-萘酚和二芳基碘鎓盐（INT1）的结合开始，然后是碘中心配体（INT2）的交换。进一步是游离的 TfOH解离，生成中间体 INT3。最后发生碳-碳偶联，得到目标产物。
图4. 2-萘酚与二芳基碘鎓盐反应的自由能曲线
表1 平台计算与文献计算结果对比
|
|
INT1→1NT3(kcal/mol) |
|
文献计算结果 |
26.2 |
|
平台计算结果 |
25.8 |
由于涉及到碘从 +3 价还原到 +1价的过程，从文章数据也可以看出，从INT1到INT3需要吸收高达26.2kcal/mol的能量，是耗能最大的部分。我们的工程师使用AlphaCat智算平台也计算了这个过程，结果可以说是完全一致，从INT1到INT3需要吸收25.8kcal/mol的能量，所以完全可以使用AlphaCat计算平台来完成这篇论文计算部分的研究内容。（表1）
结论
这篇文章开发出了一种二芳基碘鎓盐和2-萘酚在无过渡金属的情况下发生芳基-芳基偶联反应的方法。与其他无过渡金属的苯酚交联反应不同，该方法可以引入缺电子芳基环。机理计算研究表明，C(sp2)-C(sp2) 的整体耦合是通过脱芳烃-再芳烃化形成的。
参考文献：M. K. Ghosh, J. Rzymkowski, M. Kalek, Chem. Eur. J. 2019, 25, 9619.
END
★
★ ★ ★
★
北京深云智合科技有限公司秉持绿色发展理念，推出电子级AI+自动化+高通量DeepChem智能合成平台，基于人工智能、计算化学、云平台和智能合成机器人，通过设计目标分子及其合成路径，探索催化剂、溶剂和温度等反应条件对结果的影响，进而提供深度的分子合成研发，以推动AI+绿色创新的多场景应用。
点击阅读全文即可打开崭新的智算（AlphaCat）平台~
后台发送“微信群”即可扫描二维码加入我们的微信群，现在进群有重磅福利~
现在注册即送200元现金余额，约合2000核时！