Radicals as Exceptional Electron-Withdrawing Groups: Nucleophilic Aromatic Substitution of Halophenols Via Homolysis-Enabled Electronic Activation

化学 均分解 激进的 亲核细胞 光化学 自由基亲核芳香族取代 亲核芳香族取代 极性效应 亲电芳香族取代 替代(逻辑) 取代反应 亲核取代 药物化学 计算化学 有机化学 催化作用 程序设计语言 计算机科学
作者
Nick Y. Shin,Elaine Tsui,Adam Reinhold,Gregory D. Scholes,Matthew J. Bird,Robert R. Knowles
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (47): 21783-21790 被引量:30
标识
DOI:10.1021/jacs.2c10296
摘要

While heteroatom-centered radicals are understood to be highly electrophilic, their ability to serve as transient electron-withdrawing groups and facilitate polar reactions at distal sites has not been extensively developed. Here, we report a new strategy for the electronic activation of halophenols, wherein generation of a phenoxyl radical via formal homolysis of the aryl O–H bond enables direct nucleophilic aromatic substitution of the halide with carboxylate nucleophiles under mild conditions. Pulse radiolysis and transient absorption studies reveal that the neutral oxygen radical (O•) is indeed an extraordinarily strong electron-withdrawing group [σp–(O•) = 2.79 vs σp–(NO2) = 1.27]. Additional mechanistic and computational studies indicate that the key phenoxyl intermediate serves as an open-shell electron-withdrawing group in these reactions, lowering the barrier for nucleophilic substitution by more than 20 kcal/mol relative to the closed-shell phenol form of the substrate. By using radicals as transient activating groups, this homolysis-enabled electronic activation strategy provides a powerful platform to expand the scope of nucleophile–electrophile couplings and enable previously challenging transformations.
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