How Does Iridium(III) Photocatalyst Regulate Nickel(II) Catalyst in Metallaphotoredox-Catalyzed C–S Cross-Coupling? Theoretical and Experimental Insights

还原消去 化学 催化作用 氧化加成 光化学 猝灭(荧光) 催化循环 密度泛函理论 吡啶 电子转移 组合化学 计算化学 药物化学 有机化学 物理 荧光 量子力学
作者
Hang Ren,Guangfu Li,Bo Zhu,Xiaodong Liu,Yao Li,Xin-Long Wang,Zhong‐Min Su,Wei Guan
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:9 (5): 3858-3865 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acscatal.9b00375
摘要

Photoredox-mediated iridium/nickel dual catalysis has successfully triggered a series of traditionally challenging carbon–heteroatom cross-coupling reactions. However, detailed mechanisms, such as the catalytic cycles for dual catalysts and the role of base additive, remain controversy in these reactions. In this study, a highly chemoselective C–S cross-coupling of thiols with heteroaryl iodides has been investigated by density functional theory (DFT) calculations and emission quenching experiments. Interestingly, the oxidation state modulation mechanism merging oxidative quenching (IrIII–*IrIII–IrIV–IrIII) and nickel catalytic cycles (NiII–NiI–NiIII–NiI–NiII) is favorable. It is consisted of four major steps: pyridine mediated proton-coupled electron transfer, oxidative addition of heteroaryl iodides with Ni(I)–halide complex, reductive elimination, and single-electron transfer. In contrast, the radical mechanism initiated by reductive quenching of *IrIII with thiols is impractical, because oxidative addition or σ-bond metathesis from Ni(II)–thiolate intermediate is highly energy-demanding. This study will hopefully benefit the future understanding of such photoredox-mediated dual catalytic systems.
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