C(sp 3)–H trifluoromethylation of pyrrolidine by [W 10O 32] 4−/copper synergetic photocatalysis: Theoretical investigation on reactivity and regioselectivity

反应性(心理学) 位阻效应 区域选择性 化学 吡咯烷 选择性 质子化 立体化学 催化作用 药物化学 有机化学 离子 医学 病理 替代医学
作者
Yujiao Dong,Zhong‐Min Su,Wei Guan
标识
DOI:10.26599/pom.2024.9140068
摘要

Polyoxometalates (POMs), known for their well-established catalytic properties, particularly in photocatalysis, have made significant strides in achieving selective C(sp3)−H functionalization. However, due to the complexity of POM structures, the reactivity and regioselectivity of POMs in organic conversions remain unclear. Here, the reactivity and regioselectivity of the C(sp3)–H trifluoromethylation of pyrrolidine by decatungstate anion/copper ([W10O32]4−/Cu) dual catalysis were theoretically investigated. Density functional theory (DFT) computations revealed that the β-regioselective activation of pyrrolidine occurs more readily than α-regioselective one due to the reduction in activity of ortho α-C–H bond by protonation. Furthermore, the reactivity of hydrogen atom transfer (HAT) catalysts for C(sp3)–H bond activation follows the order: [W10O32]4− > amine radical cation > fluorescein. This outstanding reactivity of [W10O32]4− stems from its rigid structure and exposed active surface sites. We demonstrated a linear relationship between the steric volume of the protective group on pyrrolidine and the C–H bond selectivity catalyzed by [W10O32]4−. In other words, a larger steric volume of the protective group on pyrrolidine leads to easier attainment of a single Cβ–H bond activation product. We hope that this theoretical analysis will provide valuable guidance for achieving high-selectivity target products in experimental setups.

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