Mechanistic Investigation of Dirhodium-Catalyzed Intramolecular Allylic C–H Amination versus Alkene Aziridination

烯烃 化学 胺化 烯丙基重排 直接的 分子内力 单重态 光化学 催化作用 药物化学 立体化学 有机化学 物理 激发态 核物理学
作者
Xuepeng Zhang,Huiying Xu,Cunyuan Zhao
出处
期刊:Journal of Organic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:79 (20): 9799-9811 被引量:50
标识
DOI:10.1021/jo5019987
摘要

The reaction mechanisms and chemoselectivity on the intramolecular allylic C–H amination versus alkene aziridination of 4-pentenylsulfamate promoted by four elaborately selected dirhodium paddlewheel complexes are investigated by a DFT approach. A predominant singlet concerted, highly asynchronous pathway and an alternative triplet stepwise pathway are obtained in either C–H amination or alkene aziridination reactions when mediated by weak electron-donating catalysts. A singlet stepwise C–H amination pathway is obtained under strongly donating catalysts. The rate-determining step in the C–H amination is the H-abstraction process. The subsequent diradical-rebound C–N formation in the triplet pathway or the combination of the allylic carbocation and the negative changed N center in the singlet pathway require an identical energy barrier. A mixed singlet–triplet pathway is preferred in either the C–H insertion or alkene aziridination in the Rh2(NCH3CHO)4 entry that the triplet pathway is initially favorable in the rate-determining steps, and the resultant triplet intermediates would convert to a singlet reaction coordinate. The nature of C–H amination or alkene aziridination is estimated to be a stepwise process. The theoretical observations presented in the paper are consistent with the experimental results and, more importantly, provide a thorough understanding of the nature of the reaction mechanisms and the minimum-energy crossing points.

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