DFT Insight into a Strain-Release Mechanism in Bicyclo[1.1.0]butanes via Concerted Activation of Central and Lateral C–C Bonds with Rh(III) Catalysis

化学 还原消去 催化作用 键裂 立体化学 过渡状态 协同反应 环应变 卡宾 双环分子 反应机理 药物化学 乙醚 过渡金属 分子 有机化学
作者
Jing Yan,Lihua Dong,Yiying Yang,Dongju Zhang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (19): 8879-8888
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c00800
摘要

Transition-metal-catalyzed, strain-release-driven transformations of "spring-loaded" bicyclo[1.1.0]butanes (BCBs) are considered potent tools in synthetic organic chemistry. Previously proposed strain-release mechanisms involve either the insertion of the central C–C bond of BCBs into a metal–carbon bond, followed by β-C elimination, or the oxidative addition of the central or lateral C–C bond on the transition metal center, followed by reductive elimination. This study, employing DFT calculations on a Rh(III)-catalyzed model system in a three-component protocol involving oxime ether, BCB ester, and ethyl glyoxylate for constructing diastereoselective quaternary carbon centers, introduces an unusual strain-release mechanism for BCBs. In this mechanism, the catalytic reaction is initiated by the simultaneous cleavage of two C–C bonds (the central and lateral C–C bonds), resulting in the formation of a Rh-carbene intermediate. The new mechanism exhibits a barrier of 21.0 kcal/mol, making it energetically more favorable by 11.1 kcal/mol compared to the previously suggested most favorable pathway. This unusual reaction mode rationalizes experimental observation of the construction of quaternary carbon centers, including the excellent E-selectivity and diastereoselectivity. The newly proposed strain-release mechanism holds promise in advancing our understanding of transition-metal-catalyzed C–C bond activation mechanisms and facilitating the synthesis of transition metal carbene complexes.

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