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Synthesis and Reactivity of a Cobalt-Supported Singlet Nitrene

化学 硝基苯 光化学 单重态 电子顺磁共振 反应性(心理学) 结晶学 有机化学 激发态 核磁共振 物理 病理 催化作用 核物理学 医学 替代医学
作者
Weiqing Mao,Zihan Zhang,Dominik Fehn,Sergio A. V. Jannuzzi,Frank W. Heinemann,Andreas Scheurer,Maurice van Gastel,Serena DeBeer,Dominik Munz,Karsten Meyer
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (25): 13650-13662 被引量:23
标识
DOI:10.1021/jacs.3c01478
摘要

The synthesis, characterization, and reactivity of a series of cobalt terminal imido complexes supported by an N-anchored tripodal tris(carbene) chelate is described, including a Co-supported singlet nitrene. Reaction of the CoI precursor [(TIMMNmes)CoI](PF6) (TIMMNmes = tris-[2-(3-mesityl-imidazolin-2-ylidene)-methyl]amine) with p-methoxyphenyl azide yields a CoIII imide [(TIMMNmes)CoIII(NAnisole)](PF6) (1). Treatment of 1 with 1 equiv of [FeCp2](PF6) at -35 °C affords a formal CoIV imido complex [(TIMMNmes)Co(NAnisole)](PF6)2 (2), which features a bent Co-N(imido)-C(Anisole) linkage. Subsequent one-electron oxidation of 2 with 1 equiv of AgPF6 provides access to the tricationic cobalt imido complex [(TIMMNmes)Co(NAnisole)](PF6)3 (3). All complexes were fully characterized, including single-crystal X-ray diffraction (SC-XRD) analyses, infrared (IR) vibrational, ultraviolet/visible (UV/vis) electronic absorption, multinuclear NMR, X-band electron paramagnetic resonance (EPR), electron nuclear double resonance (ENDOR), and high-energy-resolution fluorescence-detected X-ray absorption spectroscopy (HERFD XAS). Quantum chemical calculations provide additional insight into the electronic structures of all compounds. The dicationic CoIV imido complex 2 exhibits a doublet ground state with considerable imidyl character as a result of covalent Co-NAnisole bonding. At room temperature, 2 readily converts to a CoII amine complex involving intramolecular C-H bond amination. Electronically, tricationic complex 3 can be understood as a singlet nitrene bound to CoIII with significant CoIV imidyl radical character. Verifying the pronounced electrophilicity, nucleophiles such as H2O and tBuNH2 add to 3─analogous to the parent free nitrene─in the para position of the aromatic substituent, thus, clearly corroborating singlet nitrene-type reactivity.
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