Rh2(II,III) Catalysts with Chelating Carboxylate and Carboxamidate Supports: Electronic Structure and Nitrene Transfer Reactivity

硝基苯 化学 胺化 电子顺磁共振 光化学 反应性(心理学) 基态 激进的 计算化学 结晶学 立体化学 催化作用 核磁共振 有机化学 原子物理学 医学 物理 替代医学 病理
作者
Adrián Varela‐Álvarez,Tzuhsiung Yang,Heather Jennings,Katherine P. Kornecki,Samantha N. MacMillan,Kyle M. Lancaster,James B. C. Mack,J. Du Bois,John F. Berry,Djamaladdin G. Musaev
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:138 (7): 2327-2341 被引量:96
标识
DOI:10.1021/jacs.5b12790
摘要

Dirhodium-catalyzed C-H amination is hypothesized to proceed via Rh2-nitrene intermediates in either the Rh2(II,II) or Rh2(II,III) redox state. Herein, we report joint theoretical and experimental studies of the ground electronic state (GES), redox potentials, and C-H amination of [Rh2(II,III)(O2CCH3)4(L)n](+) (1_L) (L = none, Cl(-), and H2O), [Rh2(esp)2](+) (2), and Rh2(espn)2Cl (3) (esp = α,α,α',α'-tetramethyl-1,3-benzenedipropanoate and espn = α,α,α',α'-tetramethyl-1,3-benzenedipropanamidate). CASSCF calculations on 1_L yield a wave function with two closely weighted configurations, (δ*)(2)(π1*)(2)(π2*)(1) and (δ*)(2)(π1*)(1)(π2*)(2), consistent with reported EPR g values [Chem. Phys. Lett. 1986, 130, 20-23]. In contrast, EPR spectra of 2 show g values consistent with the DFT-computed (π*)(4)(δ*)(1) GES. EPR spectra and Cl K-edge XAS for 3 are consistent with a (π*)(4)(δ*)(1) GES, as supported by DFT. Nitrene intermediates 2N_L and 3N_L are also examined by DFT (the nitrene is an NSO3R species). DFT calculations suggest a doublet GES for 2N_L and a quartet GES for 3N_L. CASSCF calculations describe the GES of 2N as Rh2(II,II) with a coordinated nitrene radical cation, (π*)(4)(δ*)(2)(π(nitrene,1))(1)(π(nitrene,2))(0). Conversely, the GES of 3N is Rh2(II,III) with a coordinated triplet nitrene, (π*)(4)(δ*)(1)(π(nitrene,1))(1)(π(nitrene,2))(1). Quartet transition states ((4)TSs) are found to react via a stepwise radical mechanism, whereas (2)TSs are found to react via a concerted mechanism that is lower in energy compared to (4)TSs for both 2N_L and 3N_L. The experimental (determined by intramolecular competition) and (2)TS-calculated kinetic isotopic effect (KIE) shows a KIE ∼ 3 for both 2N and 3N, which is consistent with a concerted mechanism.
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