铁催化芳基格氏试剂的联芳交叉偶联的反应机理

任清华 沈晓燕

引用本文: 任清华, 沈晓燕. 铁催化芳基格氏试剂的联芳交叉偶联的反应机理[J]. 物理化学学报, 2015, 31(5): 852-858. doi: 10.3866/PKU.WHXB201503026 shu
Citation:  REN Qing-Hua, SHEN Xiao-Yan. Reaction Mechanism for the Iron-Catalyzed Biaryl Cross-Coupling of Aryl Grignard Reagents[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(5): 852-858. doi: 10.3866/PKU.WHXB201503026 shu

铁催化芳基格氏试剂的联芳交叉偶联的反应机理

  • 基金项目:

    上海大学高性能计算平台" 

    自强4000" 

    与上海市高等教育内涵建设" 

    工程" 

    材料基因工程" 

    项目(B.58-B111-12-101, B.58-B111-12-103)资助 (B.58-B111-12-101, B.58-B111-12-103)

摘要:

利用密度泛函理论(DFT)计算研究了[Fe(MgBr)2]催化的邻氯苯乙稀与溴代苯基镁反应生成联芳化合物的交叉偶联反应的机理. 研究了两个机理. 机理A包括三个基本步骤: (I) 氧化[Fe(MgBr)2]生成[Ar-Fe(MgBr)],(II) 加成产生[Ar-(phenyl)-Fe(MgBr)2], (III) 还原消除回到[Fe(MgBr)2]. 机理B不形成[Ar-Fe(MgBr)]. 在第一步,溴代苯基镁在[Cl-Mg-Br]离解形成[Ar-Fe(MgBr)]之前直接进攻氧化加成后的中间体. 考虑溶剂效应后, 机理B优于机理A. 无论机理A还是机理B, 整个催化循环过程的决速步骤都是[Ar-(phenyl)-Fe(MgBr)2]的还原消除再生催化剂[Fe(MgBr)2]的步骤, 使用导体极化连续模型(CPCM)方法计算其在四氢呋喃溶剂中的吉布斯自由能(ΔGsol)是82.98 kJ·mol-1.

English

    1. [1]

      (1) Negishi, E. Accounts Chem. Res. 1982, 15, 340. doi: 10.1021/ar00083a001

      (1) Negishi, E. Accounts Chem. Res. 1982, 15, 340. doi: 10.1021/ar00083a001

    2. [2]

      (2) Yang, Y.; Oldenhuis, N. J.; Buchwald, S. L. Angew. Chem. Int. Edit. 2013, 125, 643. doi: 10.1002/ange.201207750(2) Yang, Y.; Oldenhuis, N. J.; Buchwald, S. L. Angew. Chem. Int. Edit. 2013, 125, 643. doi: 10.1002/ange.201207750

    3. [3]

      (3) Blangetti, M.; Rosso, H.; Prandi, C.; Dea stino, A.; Venturello, P. Molecules 2013, 18, 1188. doi: 10.3390/molecules18011188(3) Blangetti, M.; Rosso, H.; Prandi, C.; Dea stino, A.; Venturello, P. Molecules 2013, 18, 1188. doi: 10.3390/molecules18011188

    4. [4]

      (4) Miyaura, N.; Suzuki, A. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1979, 19, 866. doi: 10.1039/C39790000866(4) Miyaura, N.; Suzuki, A. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1979, 19, 866. doi: 10.1039/C39790000866

    5. [5]

      (5) Heck, R. F.; Nolley, J. P. J. Org. Chem. 1972, 37, 2320. doi: 10.1021/jo00979a024(5) Heck, R. F.; Nolley, J. P. J. Org. Chem. 1972, 37, 2320. doi: 10.1021/jo00979a024

    6. [6]

      (6) Cabri, W.; Candiani, I. Accounts Chem. Res. 1995, 28, 2. doi: 10.1021/ar00049a001(6) Cabri, W.; Candiani, I. Accounts Chem. Res. 1995, 28, 2. doi: 10.1021/ar00049a001

    7. [7]

      (7) Milstein, D.; Stille, J. K. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 3636. doi: 10.1021/ja00479a077(7) Milstein, D.; Stille, J. K. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 3636. doi: 10.1021/ja00479a077

    8. [8]

      (8) Yabe, Y.; Maegawa, T.; Monguchi, Y.; Sajiki, H. Tetrahedron 2010, 66, 8654. doi: 10.1016/j.tet.2010.09.027(8) Yabe, Y.; Maegawa, T.; Monguchi, Y.; Sajiki, H. Tetrahedron 2010, 66, 8654. doi: 10.1016/j.tet.2010.09.027

    9. [9]

      (9) Tamao, K.; Sumitani, K.; Kumada, M. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 4374. doi: 10.1021/ja00767a075(9) Tamao, K.; Sumitani, K.; Kumada, M. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 4374. doi: 10.1021/ja00767a075

    10. [10]

      (10) Yang, L. M.; Huang, L. F.; Luh, T. Y. Org. Lett. 2004, 6, 1461. doi: 10.1021/ol049686g(10) Yang, L. M.; Huang, L. F.; Luh, T. Y. Org. Lett. 2004, 6, 1461. doi: 10.1021/ol049686g

    11. [11]

      (11) Vechorkin, O.; Proust, V.; Hu, X. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9756. doi: 10.1021/ja9027378(11) Vechorkin, O.; Proust, V.; Hu, X. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9756. doi: 10.1021/ja9027378

    12. [12]

      (12) Torssell, K. B. Natural Product Chemistry: a Mechanistic and Biosynthetic Approach to Secondary Metabolism; JohnWiley & Sons: New Jersey, 1983; p 401.(12) Torssell, K. B. Natural Product Chemistry: a Mechanistic and Biosynthetic Approach to Secondary Metabolism; JohnWiley & Sons: New Jersey, 1983; p 401.

    13. [13]

      (13) Hassan, J.; Sevignon, M.; zzi, C.; Schulz, E.; Lemaire, M. Chem. Rev. 2002, 102, 1359. doi: 10.1021/cr000664r(13) Hassan, J.; Sevignon, M.; zzi, C.; Schulz, E.; Lemaire, M. Chem. Rev. 2002, 102, 1359. doi: 10.1021/cr000664r

    14. [14]

      (14) Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 1995, 95, 2457. doi: 10.1021/cr00039a007(14) Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 1995, 95, 2457. doi: 10.1021/cr00039a007

    15. [15]

      (15) Bringmann, G.; Mortimer, A. J. P.; Keller, P. A.; Gresser, M. J.; Garner, J.; Breuning, M. Angew. Chem. Int. Edit. 2005, 44, 5384.(15) Bringmann, G.; Mortimer, A. J. P.; Keller, P. A.; Gresser, M. J.; Garner, J.; Breuning, M. Angew. Chem. Int. Edit. 2005, 44, 5384.

    16. [16]

      (16) Kirsch, P.; Bremer, M. Angew. Chem. Int. Edit. 2000, 39, 4216.(16) Kirsch, P.; Bremer, M. Angew. Chem. Int. Edit. 2000, 39, 4216.

    17. [17]

      (17) Bauer, E. B. Curr. Org. Chem. 2008, 12, 1341. doi: 10.2174/ 138527208786241556(17) Bauer, E. B. Curr. Org. Chem. 2008, 12, 1341. doi: 10.2174/ 138527208786241556

    18. [18]

      (18) Bolm, C.; Legros, J.; Paih, J. L.; Zani, L. Chem. Rev. 2004, 104, 6217. doi: 10.1021/cr040664h(18) Bolm, C.; Legros, J.; Paih, J. L.; Zani, L. Chem. Rev. 2004, 104, 6217. doi: 10.1021/cr040664h

    19. [19]

      (19) Czaplik, W. M.; Mayer, M.; Cvengros, J.; vonWangelin, A. J. ChemSusChem 2009, 2, 396. doi: 10.1002/cssc.v2:5(19) Czaplik, W. M.; Mayer, M.; Cvengros, J.; vonWangelin, A. J. ChemSusChem 2009, 2, 396. doi: 10.1002/cssc.v2:5

    20. [20]

      (20) Sherry, B. D.; Furstner, A. Accounts Chem. Res. 2008, 41, 1500. doi: 10.1021/ar800039x(20) Sherry, B. D.; Furstner, A. Accounts Chem. Res. 2008, 41, 1500. doi: 10.1021/ar800039x

    21. [21]

      (21) Furstner, A.; Leitner, A. Angew. Chem. Int. Edit. 2002, 41, 609.(21) Furstner, A.; Leitner, A. Angew. Chem. Int. Edit. 2002, 41, 609.

    22. [22]

      (22) Furstner, A.; Leitner, A.; Mendez, M.; Krause, H. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13856. doi: 10.1021/ja027190t(22) Furstner, A.; Leitner, A.; Mendez, M.; Krause, H. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13856. doi: 10.1021/ja027190t

    23. [23]

      (23) Correa, A.; Mancheno, O. G.; Bolm, C. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1108. doi: 10.1039/b801794h(23) Correa, A.; Mancheno, O. G.; Bolm, C. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1108. doi: 10.1039/b801794h

    24. [24]

      (24) Furstner, A.; Martin, R. Chem. Lett. 2005, 34, 624. doi: 10.1246/cl.2005.624(24) Furstner, A.; Martin, R. Chem. Lett. 2005, 34, 624. doi: 10.1246/cl.2005.624

    25. [25]

      (25) Furstner, A.; Martin, R.; Krause, H.; Seidel, G.; ddard, R.; Lehmann, C.W. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8773. doi: 10.1021/ja801466t(25) Furstner, A.; Martin, R.; Krause, H.; Seidel, G.; ddard, R.; Lehmann, C.W. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8773. doi: 10.1021/ja801466t

    26. [26]

      (26) Noda, D.; Sunada, Y.; Hatakeyama, T.; Nakamura, M.; Nagashima, H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6078. doi: 10.1021/ja901262g(26) Noda, D.; Sunada, Y.; Hatakeyama, T.; Nakamura, M.; Nagashima, H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6078. doi: 10.1021/ja901262g

    27. [27]

      (27) Scheiper, B.; Bonnekessel, M.; Krause, H.; Furstner, A. J. Org. Chem. 2004, 69, 3943. doi: 10.1021/jo0498866(27) Scheiper, B.; Bonnekessel, M.; Krause, H.; Furstner, A. J. Org. Chem. 2004, 69, 3943. doi: 10.1021/jo0498866

    28. [28]

      (28) Molander, G. A.; Rahn, B. J.; Shubert, D. C. Tetrahedron Lett. 1983, 24, 5449. doi: 10.1016/S0040-4039(00)94109-1(28) Molander, G. A.; Rahn, B. J.; Shubert, D. C. Tetrahedron Lett. 1983, 24, 5449. doi: 10.1016/S0040-4039(00)94109-1

    29. [29]

      (29) Quintin, J.; Franck, X.; Hocquemiller, R.; Figadere, B. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 3547. doi: 10.1016/S0040-4039(02)00568-3(29) Quintin, J.; Franck, X.; Hocquemiller, R.; Figadere, B. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 3547. doi: 10.1016/S0040-4039(02)00568-3

    30. [30]

      (30) Hocek, M.; Dvorakova, H. J. Org. Chem. 2003, 68, 5773. doi: 10.1021/jo034351i(30) Hocek, M.; Dvorakova, H. J. Org. Chem. 2003, 68, 5773. doi: 10.1021/jo034351i

    31. [31]

      (31) Hatakeyama, T.; Nakamura, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9844. doi: 10.1021/ja073084l(31) Hatakeyama, T.; Nakamura, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9844. doi: 10.1021/ja073084l

    32. [32]

      (32) Hatakeyama, T.; Hashimoto, S.; Ishizuka, K.; Nakamura, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11949. doi: 10.1021/ja9039289(32) Hatakeyama, T.; Hashimoto, S.; Ishizuka, K.; Nakamura, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11949. doi: 10.1021/ja9039289

    33. [33]

      (33) Mayer, M.; Welther, A.; vonWangelin, A. J. ChemCatChem 2011, 3, 1567. doi: 10.1002/cctc.v3.10(33) Mayer, M.; Welther, A.; vonWangelin, A. J. ChemCatChem 2011, 3, 1567. doi: 10.1002/cctc.v3.10

    34. [34]

      (34) Clayton, H. S.; Moss, J. R.; Dry, M. E. J. Organomet. Chem. 2003, 688, 181. doi: 10.1016/j.jorganchem.2003.08.044(34) Clayton, H. S.; Moss, J. R.; Dry, M. E. J. Organomet. Chem. 2003, 688, 181. doi: 10.1016/j.jorganchem.2003.08.044

    35. [35]

      (35) Knolker, H. J. Chem. Soc. Rev. 1999, 28, 151. doi: 10.1039/a705401g(35) Knolker, H. J. Chem. Soc. Rev. 1999, 28, 151. doi: 10.1039/a705401g

    36. [36]

      (36) Gulak, S.; vonWangelin, A. J. Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 51, 1357. doi: 10.1002/anie.201106110(36) Gulak, S.; vonWangelin, A. J. Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 51, 1357. doi: 10.1002/anie.201106110

    37. [37]

      (37) Smith, R. S.; Kochi, J. K. J. Org. Chem. 1976, 41, 502. doi: 10.1021/jo00865a019(37) Smith, R. S.; Kochi, J. K. J. Org. Chem. 1976, 41, 502. doi: 10.1021/jo00865a019

    38. [38]

      (38) Bogdanovic, B.; Schwickardi, M. Angew. Chem. Int. Edit. 2000, 39, 4610.(38) Bogdanovic, B.; Schwickardi, M. Angew. Chem. Int. Edit. 2000, 39, 4610.

    39. [39]

      (39) Kleimark, J.; Hedstrom A.; Larsson P. F.; Johansson, C.; Norrby, P. ChemCatChem 2009, 1, 152. doi: 10.1002/cctc.v1:1(39) Kleimark, J.; Hedstrom A.; Larsson P. F.; Johansson, C.; Norrby, P. ChemCatChem 2009, 1, 152. doi: 10.1002/cctc.v1:1

    40. [40]

      (40) Ren, Q.; Guan, S.; Jiang, F.; Fang, J. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 756. doi: 10.1021/jp3045498(40) Ren, Q.; Guan, S.; Jiang, F.; Fang, J. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 756. doi: 10.1021/jp3045498

    41. [41]

      (41) Czaplik, W. M.; Mayer, M.; vonWangelin, A. J. ChemCatChem 2011, 3, 135. doi: 10.1002/cctc.201000276(41) Czaplik, W. M.; Mayer, M.; vonWangelin, A. J. ChemCatChem 2011, 3, 135. doi: 10.1002/cctc.201000276

    42. [42]

      (42) Mo, Z.; Zhang, Q.; Deng, L. Organometallics 2012, 31, 6518. doi: 10.1021/om300722g(42) Mo, Z.; Zhang, Q.; Deng, L. Organometallics 2012, 31, 6518. doi: 10.1021/om300722g

    43. [43]

      (43) Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098. doi: 10.1103/PhysRevA.38.3098(43) Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098. doi: 10.1103/PhysRevA.38.3098

    44. [44]

      (44) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648. doi: 10.1063/1.464913(44) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648. doi: 10.1063/1.464913

    45. [45]

      (45) Hertwig, R. H.; Koch, W. Chem. Phys. Lett. 1997, 268, 345. doi: 10.1016/S0009-2614(97)00207-8(45) Hertwig, R. H.; Koch, W. Chem. Phys. Lett. 1997, 268, 345. doi: 10.1016/S0009-2614(97)00207-8

    46. [46]

      (46) Lee, C. T.; Yang, W. T.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785. doi: 10.1103/PhysRevB.37.785(46) Lee, C. T.; Yang, W. T.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785. doi: 10.1103/PhysRevB.37.785

    47. [47]

      (47) Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623. doi: 10.1021/j100096a001(47) Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623. doi: 10.1021/j100096a001

    48. [48]

      (48) Vosko, S. H.; Wilk, L.; Nusair, M. Can. J. Phys. 1980, 58, 1200. doi: 10.1139/p80-159(48) Vosko, S. H.; Wilk, L.; Nusair, M. Can. J. Phys. 1980, 58, 1200. doi: 10.1139/p80-159

    49. [49]

      (49) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 03, Revision C.02; Gaussian Inc.; Wallingford, CT, 2004.(49) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 03, Revision C.02; Gaussian Inc.; Wallingford, CT, 2004.

    50. [50]

      (50) Krishnan, R.; Binkley, J. S.; Seeger, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1980, 72, 650. doi: 10.1063/1.438955(50) Krishnan, R.; Binkley, J. S.; Seeger, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1980, 72, 650. doi: 10.1063/1.438955

    51. [51]

      (51) McLean, A. D.; Chandler, G. S. J. Chem. Phys. 1980, 72, 5639. doi: 10.1063/1.438980(51) McLean, A. D.; Chandler, G. S. J. Chem. Phys. 1980, 72, 5639. doi: 10.1063/1.438980

    52. [52]

      (52) Andrae, D.; Haussermann, U.; Dolg, M.; Stoll, H.; Preuss, H. Theor. Chim. Acta. 1990, 77, 123. doi: 10.1007/BF01114537(52) Andrae, D.; Haussermann, U.; Dolg, M.; Stoll, H.; Preuss, H. Theor. Chim. Acta. 1990, 77, 123. doi: 10.1007/BF01114537

    53. [53]

      (53) Cossi, M.; Rega, N.; Scalmani, G.; Barone, V. J. Comput. Chem. 2003, 24, 669. doi: 10.1002/jcc.10189(53) Cossi, M.; Rega, N.; Scalmani, G.; Barone, V. J. Comput. Chem. 2003, 24, 669. doi: 10.1002/jcc.10189

    54. [54]

      (54) Castejon, H.; Wiberg, K. B. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 2139. doi: 10.1021/ja983736t(54) Castejon, H.; Wiberg, K. B. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 2139. doi: 10.1021/ja983736t

    55. [55]

      (55) Perng, B. C.; Newton, M. D.; Raineri, F. O.; Friedman, H. L. J. Chem. Phys. 1996, 104, 7153 and 7177.(55) Perng, B. C.; Newton, M. D.; Raineri, F. O.; Friedman, H. L. J. Chem. Phys. 1996, 104, 7153 and 7177.

    56. [56]

      (56) Najafi, M.; Zahedi, M.; Klein, E. Comput. Theor. Chem. 2011, 978, 16. doi: 10.1016/j.comptc.2011.09.014(56) Najafi, M.; Zahedi, M.; Klein, E. Comput. Theor. Chem. 2011, 978, 16. doi: 10.1016/j.comptc.2011.09.014

    57. [57]

      (57) Schubert, G.; Papai, I. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14847. doi: 10.1021/ja035791u(57) Schubert, G.; Papai, I. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14847. doi: 10.1021/ja035791u

    58. [58]

      (58) Belelli, P. G.; Damiani, D. E.; Castellani, N. J. Chem. Phys. Lett. 2005, 401, 515. doi: 10.1016/j.cplett.2004.11.089(58) Belelli, P. G.; Damiani, D. E.; Castellani, N. J. Chem. Phys. Lett. 2005, 401, 515. doi: 10.1016/j.cplett.2004.11.089

    59. [59]

      (59) Feng, J.; Ren, Q. H. Acta. Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 821. [蒋峰, 任清华. 物理化学学报, 2014, 30, 821.](59) Feng, J.; Ren, Q. H. Acta. Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 821. [蒋峰, 任清华. 物理化学学报, 2014, 30, 821.]

    60. [60]

      (60) Nova, A.; Ujaque, G.; Maseras, F.; Liedos, A.; Espinet, P. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14571. doi: 10.1021/ja0635736

      (60) Nova, A.; Ujaque, G.; Maseras, F.; Liedos, A.; Espinet, P. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14571. doi: 10.1021/ja0635736

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  315
  • 文章访问数:  1112
  • HTML全文浏览量:  121
文章相关
  • 发布日期:  2015-05-08
  • 收稿日期:  2014-12-25
  • 网络出版日期:  2015-03-02
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章