铜催化内炔的硅羧基化反应机理及区域选择性的密度泛函理论研究

赵义 周晋 刘会 禚淑萍

引用本文: 赵义, 周晋, 刘会, 禚淑萍. 铜催化内炔的硅羧基化反应机理及区域选择性的密度泛函理论研究[J]. 物理化学学报, 2015, 31(10): 1864-1871. doi: 10.3866/PKU.WHXB201508281 shu
Citation:  ZHAO Yi, ZHOU Jin, LIU Hui, ZHUO Shu-Ping. Reaction Mechanism and the Regioselectivity of Cu-Catalyzed Silacarboxylation of Internal Alkynes: a Density Functional Theory Study[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(10): 1864-1871. doi: 10.3866/PKU.WHXB201508281 shu

铜催化内炔的硅羧基化反应机理及区域选择性的密度泛函理论研究

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51302156, 21302057) (51302156, 21302057)

    山东省自然科学基金联合专项(ZR2014BL012)资助项目 (ZR2014BL012)

摘要:

用CO2作为原料, 在过渡金属催化下生成新的碳碳键是很重要的. 在这类反应中, 杂原子官能团和CO2同时与不饱和的底物被催化生成高功能化的羧酸衍生物已经越来越受到人们的关注. 本文采用密度泛函理论(DFT)方法, 研究了金属铜催化剂催化内炔的硅羧基化反应机理. 根据炔烃上甲基和苯环两个取代基的相对位置, 提出了两条反应路径(path I: 甲基和path II: 苯环). 计算结果表明炔烃插入Cu-Si键既是速率决速步骤也是区域选择决速步骤. 在path I中, 炔烃插入Cu-Si键的自由能为112.8 kJ·mol-1, 而在path II中为127.6kJ·mol-1. 显然, path I比path II在动力学上更有利, 这与实验上两条路径对应产物的产率97: 3是一致的. 分析表明区域选择性是由炔烃取代基甲基和苯环的电子效应决定的.

English

    1. [1]

      (1) Darensbourg, D. J. Chem. Rev. 2007, 107 (6), 2388. doi: 10.1021/cr068363q

      (1) Darensbourg, D. J. Chem. Rev. 2007, 107 (6), 2388. doi: 10.1021/cr068363q

    2. [2]

      (2) Sakakura, T.; Choi, J.; Yasuda, H. Chem. Rev. 2007, 107 (6), 2365. doi: 10.1021/cr068357u(2) Sakakura, T.; Choi, J.; Yasuda, H. Chem. Rev. 2007, 107 (6), 2365. doi: 10.1021/cr068357u

    3. [3]

      (3) Correa, A.; Martin, R. Angew. Chem. Int. Edit. 2009, 48 (34), 6201. doi: 10.1002/anie.200900667(3) Correa, A.; Martin, R. Angew. Chem. Int. Edit. 2009, 48 (34), 6201. doi: 10.1002/anie.200900667

    4. [4]

      (4) Boogaerts, I. I. F.; Nolan, S. P. Chem. Commun. 2011, 47 (11), 3021. doi: 10.1039/C0CC03890C(4) Boogaerts, I. I. F.; Nolan, S. P. Chem. Commun. 2011, 47 (11), 3021. doi: 10.1039/C0CC03890C

    5. [5]

      (5) Aresta, M.; Dibenedetto, A.; Angelini, A. Chem. Rev. 2014, 114 (3), 1709. doi: 10.1021/cr4002758(5) Aresta, M.; Dibenedetto, A.; Angelini, A. Chem. Rev. 2014, 114 (3), 1709. doi: 10.1021/cr4002758

    6. [6]

      (6) Huang, K.; Sun, C.; Shi, Z. Chem. Soc. Rev. 2011, 40 (5), 2435. doi: 10.1039/c0cs00129e(6) Huang, K.; Sun, C.; Shi, Z. Chem. Soc. Rev. 2011, 40 (5), 2435. doi: 10.1039/c0cs00129e

    7. [7]

      (7) Yeung, C. S.; Dong, V. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (25), 7826. doi: 10.1021/ja803435w(7) Yeung, C. S.; Dong, V. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (25), 7826. doi: 10.1021/ja803435w

    8. [8]

      (8) Ochiai, H.; Jang, M.; Hirano, K.; Yorimitsu, H.; Oshima, K. Org. Lett. 2008, 10 (13), 2681. doi: 10.1021/ol800764u(8) Ochiai, H.; Jang, M.; Hirano, K.; Yorimitsu, H.; Oshima, K. Org. Lett. 2008, 10 (13), 2681. doi: 10.1021/ol800764u

    9. [9]

      (9) Ukai, K.; Aoki, M.; Takaya, J.; Iwasawa, N. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128 (27), 8706. doi: 10.1021/ja061232m(9) Ukai, K.; Aoki, M.; Takaya, J.; Iwasawa, N. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128 (27), 8706. doi: 10.1021/ja061232m

    10. [10]

      (10) Ohishi, T.; Nishimura, M.; Hou, Z. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47 (31), 5792. doi: 10.1002/anie.200801857(10) Ohishi, T.; Nishimura, M.; Hou, Z. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47 (31), 5792. doi: 10.1002/anie.200801857

    11. [11]

      (11) Takaya, J.; Tadam, S.; Ukai, K.; Iwasawa, N. Org. Lett. 2008, 10 (13), 2697. doi: 10.1021/ol800829q(11) Takaya, J.; Tadam, S.; Ukai, K.; Iwasawa, N. Org. Lett. 2008, 10 (13), 2697. doi: 10.1021/ol800829q

    12. [12]

      (12) Zhang, X.; Zhang, W. Z.; Shi, L. L.; Guo, C. X.; Zhang, L. L.; Lu, X. B. Chem. Commun. 2012, 48 (50), 6292. doi: 10.1039/c2cc32045b(12) Zhang, X.; Zhang, W. Z.; Shi, L. L.; Guo, C. X.; Zhang, L. L.; Lu, X. B. Chem. Commun. 2012, 48 (50), 6292. doi: 10.1039/c2cc32045b

    13. [13]

      (13) Zhang, L.; Cheng, J.; Ohishi, T.; Hou, Z. Angew. Chem. Int. Edit. 2010, 49 (46), 8670. doi: 10.1002/anie.201003995(13) Zhang, L.; Cheng, J.; Ohishi, T.; Hou, Z. Angew. Chem. Int. Edit. 2010, 49 (46), 8670. doi: 10.1002/anie.201003995

    14. [14]

      (14) Mizuno, H.; Takaya, J.; Iwasawa, N. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (5), 1251. doi: 10.1021/ja109097z(14) Mizuno, H.; Takaya, J.; Iwasawa, N. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (5), 1251. doi: 10.1021/ja109097z

    15. [15]

      (15) Fujihara, T.; Nogi, K.; Xu, T.; Terao, J.; Tsuji, Y. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (22), 9106. doi: 10.1021/ja303514b(15) Fujihara, T.; Nogi, K.; Xu, T.; Terao, J.; Tsuji, Y. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (22), 9106. doi: 10.1021/ja303514b

    16. [16]

      (16) Fujihara, T.; Xu, T.; Semba, K.; Terao, J. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50 (2), 523. doi: 10.1002/anie.201006292(16) Fujihara, T.; Xu, T.; Semba, K.; Terao, J. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50 (2), 523. doi: 10.1002/anie.201006292

    17. [17]

      (17) Takaya, J.; Iwasawa, N. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (46), 15254. doi: 10.1021/ja806677w(17) Takaya, J.; Iwasawa, N. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (46), 15254. doi: 10.1021/ja806677w

    18. [18]

      (18) Takaya, J.; Sasano, K.; Iwasawa, N. Org. Lett. 2011, 13 (7), 1698. doi: 10.1021/ol2002094(18) Takaya, J.; Sasano, K.; Iwasawa, N. Org. Lett. 2011, 13 (7), 1698. doi: 10.1021/ol2002094

    19. [19]

      (19) Williams, C. M.; Johnson, J. B.; Rovis, T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (45), 14936. doi: 10.1021/ja8062925(19) Williams, C. M.; Johnson, J. B.; Rovis, T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (45), 14936. doi: 10.1021/ja8062925

    20. [20]

      (20) Li, S.; Yuan, W.; Ma, S. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50 (11), 2578. doi: 10.1002/anie.201007128(20) Li, S.; Yuan, W.; Ma, S. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50 (11), 2578. doi: 10.1002/anie.201007128

    21. [21]

      (21) Zhang, L.; Cheng, J.; Carry, B.; Hou, Z. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (35), 14314. doi: 10.1021/ja3063474(21) Zhang, L.; Cheng, J.; Carry, B.; Hou, Z. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (35), 14314. doi: 10.1021/ja3063474

    22. [22]

      (22) Fleming, I.; Roessler, F. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1980, 276.(22) Fleming, I.; Roessler, F. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1980, 276.

    23. [23]

      (23) Fleming, I.; Newton, T. W.; Roessler, F. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. 1981, 2527.(23) Fleming, I.; Newton, T. W.; Roessler, F. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. 1981, 2527.

    24. [24]

      (24) Fujihara, T.; Tani, Y.; Semba, K.; Terao, J.; Tsuji, Y. Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 51 (46), 11487. doi: 10.1002/anie. 201207148(24) Fujihara, T.; Tani, Y.; Semba, K.; Terao, J.; Tsuji, Y. Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 51 (46), 11487. doi: 10.1002/anie. 201207148

    25. [25]

      (25) Boebel, T. A.; Hartwig, J. F. Organometallics 2008, 27 (22), 6013. doi: 10.1021/om800696d(25) Boebel, T. A.; Hartwig, J. F. Organometallics 2008, 27 (22), 6013. doi: 10.1021/om800696d

    26. [26]

      (26) Wang, M.; Fan, T.; Lin, Z. Polyhedron 2012, 32 (1), 35. doi: 10.1016/j.poly.2011.05.016(26) Wang, M.; Fan, T.; Lin, Z. Polyhedron 2012, 32 (1), 35. doi: 10.1016/j.poly.2011.05.016

    27. [27]

      (27) Ariafard, A.; Zarkoob, F.; Batebi, H.; Stranger, R.; Yates, B. F. Organometallics 2011, 30 (22), 6218. doi: 10.1021/om200744a(27) Ariafard, A.; Zarkoob, F.; Batebi, H.; Stranger, R.; Yates, B. F. Organometallics 2011, 30 (22), 6218. doi: 10.1021/om200744a

    28. [28]

      (28) Tanaka, R.; Yamashita, M.; Chung, L. W.; Morokuma, K.; Nozaki, K. Organometallics 2011, 30 (24), 6742. doi: 10.1021/om2010172(28) Tanaka, R.; Yamashita, M.; Chung, L. W.; Morokuma, K.; Nozaki, K. Organometallics 2011, 30 (24), 6742. doi: 10.1021/om2010172

    29. [29]

      (29) Li, J.; Jia, G.; Lin, Z. Organometallics 2008, 27 (15), 3892. doi: 10.1021/om8002224(29) Li, J.; Jia, G.; Lin, Z. Organometallics 2008, 27 (15), 3892. doi: 10.1021/om8002224

    30. [30]

      (30) Li, J.; Lin, Z. Organometallics 2009, 28 (14), 4231. doi: 10.1021/om900202q(30) Li, J.; Lin, Z. Organometallics 2009, 28 (14), 4231. doi: 10.1021/om900202q

    31. [31]

      (31) Fan, T.; Chen, X.; Lin, Z. Chem. Commun. 2012, 48 (88), 10808. doi: 10.1039/c2cc34542k(31) Fan, T.; Chen, X.; Lin, Z. Chem. Commun. 2012, 48 (88), 10808. doi: 10.1039/c2cc34542k

    32. [32]

      (32) An, K.; Zhu, J. Organometallics 2014, 33 (24), 7141. doi: 10.1021/om5009346(32) An, K.; Zhu, J. Organometallics 2014, 33 (24), 7141. doi: 10.1021/om5009346

    33. [33]

      (33) Zhu, J.; An, K. Chemistry-An Asian Journal 2013, 8 (12), 3147.(33) Zhu, J.; An, K. Chemistry-An Asian Journal 2013, 8 (12), 3147.

    34. [34]

      (34) Zhao, Y.; Liu, Y.; Bi, S.; Liu, Y. J. Organomet. Chem. 2014, 758, 45. doi: 10.1016/j.jorganchem.2014.02.008(34) Zhao, Y.; Liu, Y.; Bi, S.; Liu, Y. J. Organomet. Chem. 2014, 758, 45. doi: 10.1016/j.jorganchem.2014.02.008

    35. [35]

      (35) Zhao, Y.; Liu, Y.; Bi, S.; Liu, Y. J. Organomet. Chem. 2013, 745-746, 166.(35) Zhao, Y.; Liu, Y.; Bi, S.; Liu, Y. J. Organomet. Chem. 2013, 745-746, 166.

    36. [36]

      (36) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98 (7), 5648. doi: 10.1063/1.464913(36) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98 (7), 5648. doi: 10.1063/1.464913

    37. [37]

      (37) Miehlich, B.; Savin, A.; Stoll, H.; Preuss, H. Chem. Phys. Lett. 1989, 157 (3), 200. doi: 10.1016/0009-2614(89)87234-3(37) Miehlich, B.; Savin, A.; Stoll, H.; Preuss, H. Chem. Phys. Lett. 1989, 157 (3), 200. doi: 10.1016/0009-2614(89)87234-3

    38. [38]

      (38) Lee, C.; Yang, W.; Parr, G. Phys. Rev. B 1988, 39, 785.(38) Lee, C.; Yang, W.; Parr, G. Phys. Rev. B 1988, 39, 785.

    39. [39]

      (39) Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F. J. Phys. Chem. 1994, 98 (45), 11623. doi: 10.1021/j100096a001(39) Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F. J. Phys. Chem. 1994, 98 (45), 11623. doi: 10.1021/j100096a001

    40. [40]

      (40) Fukui, K. J. Phys. Chem. 1970, 74 (23), 4161. doi: 10.1021/j100717a029(40) Fukui, K. J. Phys. Chem. 1970, 74 (23), 4161. doi: 10.1021/j100717a029

    41. [41]

      (41) Fukui, K. Accounts Chem. Res. 1981, 14 (12), 363. doi: 10.1021/ar00072a001(41) Fukui, K. Accounts Chem. Res. 1981, 14 (12), 363. doi: 10.1021/ar00072a001

    42. [42]

      (42) Wachters, A. J. H. J. Chem. Phys. 1970, 52 (2), 1033.(42) Wachters, A. J. H. J. Chem. Phys. 1970, 52 (2), 1033.

    43. [43]

      (43) Hay, P. J. J. Chem. Phys. 1977, 66 (3), 1306. doi: 10.1063/1.434025(43) Hay, P. J. J. Chem. Phys. 1977, 66 (3), 1306. doi: 10.1063/1.434025

    44. [44]

      (44) Wang, M.; Lin, Z. Organometallics 2010, 29 (14), 3077. doi: 10.1021/om100304t(44) Wang, M.; Lin, Z. Organometallics 2010, 29 (14), 3077. doi: 10.1021/om100304t

    45. [45]

      (45) Barone, V.; Cossi, M. J. Phys. Chem. A 1998, 102 (11), 1995. doi: 10.1021/jp9716997(45) Barone, V.; Cossi, M. J. Phys. Chem. A 1998, 102 (11), 1995. doi: 10.1021/jp9716997

    46. [46]

      (46) Cossi, M.; Rega, N.; Scalmani, G.; Barone, V. J. Comput. Chem. 2003, 24 (6), 669. doi: 10.1002/jcc.10189(46) Cossi, M.; Rega, N.; Scalmani, G.; Barone, V. J. Comput. Chem. 2003, 24 (6), 669. doi: 10.1002/jcc.10189

    47. [47]

      (47) Tomas, J.; Mennucc, B.; Cammi, R. Chem. Rev. 2005, 105 (8), 2999. doi: 10.1021/cr9904009(47) Tomas, J.; Mennucc, B.; Cammi, R. Chem. Rev. 2005, 105 (8), 2999. doi: 10.1021/cr9904009

    48. [48]

      (48) Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 03, Revision C.02; Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 2004.(48) Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 03, Revision C.02; Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 2004.

    49. [49]

      (49) Kleeberg, C.; Cheung, M. S.; Lin, Z.; Marder, T. B. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (47), 19060. doi: 10.1021/ja208969d(49) Kleeberg, C.; Cheung, M. S.; Lin, Z.; Marder, T. B. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (47), 19060. doi: 10.1021/ja208969d

    50. [50]

      (50) Dang, L.; Lin, Z.; Marder, T. B. Organometallics 2010, 29 (4), 917. doi: 10.1021/om901047e

      (50) Dang, L.; Lin, Z.; Marder, T. B. Organometallics 2010, 29 (4), 917. doi: 10.1021/om901047e

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  133
  • 文章访问数:  561
  • HTML全文浏览量:  48
文章相关
  • 发布日期:  2015-10-10
  • 收稿日期:  2015-07-01
  • 网络出版日期:  2015-08-28
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