A Unified Explanation for Chemoselectivity and Stereospecificity of Ni-Catalyzed Kumada and Cross-Electrophile Coupling Reactions of Benzylic Ethers: A Combined Computational and Experimental Study

化学 立体中心 电泳剂 化学选择性 金属转移 立体专一性 组合化学 偶联反应 SN2反应 立体化学 催化作用 药物化学 对映选择合成 有机化学
作者
Pan‐Pan Chen,Erika L. Lucas,Margaret A. Greene,Shuo‐Qing Zhang,Emily J. Tollefson,Lucas W. Erickson,Buck L. H. Taylor,Elizabeth R. Jarvo,Xin Hong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (14): 5835-5855 被引量:46
标识
DOI:10.1021/jacs.9b00097
摘要

Ni-catalyzed C(sp3)-O bond activation provides a useful approach to synthesize enantioenriched products from readily available enantioenriched benzylic alcohol derivatives. The control of stereospecificity is key to the success of these transformations. To elucidate the reversed stereospecificity and chemoselectivity of Ni-catalyzed Kumada and cross-electrophile coupling reactions with benzylic ethers, a combined computational and experimental study is performed to reach a unified mechanistic understanding. Kumada coupling proceeds via a classic cross-coupling mechanism. Initial rate-determining oxidative addition occurs with stereoinversion of the benzylic stereogenic center. Subsequent transmetalation with the Grignard reagent and syn-reductive elimination produce the Kumada coupling product with overall stereoinversion at the benzylic position. The cross-electrophile coupling reaction initiates with the same benzylic C-O bond cleavage and transmetalation to form a common benzylnickel intermediate. However, the presence of the tethered alkyl chloride allows a facile intramolecular SN2 attack by the benzylnickel moiety. This step circumvents the competing Kumada coupling, leading to the excellent chemoselectivity of cross-electrophile coupling. These mechanisms account for the observed stereospecificity of the Kumada and cross-electrophile couplings, providing a rationale for double inversion of the benzylic stereogenic center in cross-electrophile coupling. The improved mechanistic understanding will enable design of stereoselective transformations involving Ni-catalyzed C(sp3)-O bond activation.

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