Understanding the Reaction Mechanism of Ni-Catalyzed Regio- and Enantioselective Hydroalkylation of Enamines: Chemoselectivity of (Bi-oxazoline)NiH

恶唑啉 对映选择合成 化学选择性 机制(生物学) 化学 催化作用 有机化学 物理 量子力学
作者
Wen‐Yan Tong,Xiaoxi Su,Pingping Sun,Shaojie Xu,Shuanglin Qu,Xiaotai Wang
出处
期刊:Journal of Organic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:88 (21): 15404-15413
标识
DOI:10.1021/acs.joc.3c01939
摘要

This density functional theory study explores the detailed mechanism of nickel-catalyzed hydroalkylation of the C═C bond of N-Cbz-protected enamines (Cbz = benzyloxycarbonyl) with alkyl iodides to give chiral α-alkyl amines. The active catalyst (biOx)NiH, a chiral bioxazoline (biOx)-chelated Ni(I) hydride, exhibits chemoselectivity that favors single electron transfer to the alkyl iodide over C═C hydrometalation with the enamine. This generates an alkyl radical and a Ni(II) intermediate, which takes up the enamine substrate CbzNHCH═CH2CH3 via a regio- and enantioselective C═C insertion into the NiII-H bond. The resulting Ni(II) alkyl complex combines with the alkyl radical, forming a Ni(III) intermediate, from which the alkyl-alkyl reductive elimination delivers the chiral amine product. The regioselectivity arises from a combination of orbital and noncovalent interactions, both of which are induced by the Cbz group. Thus, Cbz plays an additional role in controlling regioselectivity. The enantioselectivity stems from the differing distortion energies of CbzNHCH═CH2CH3. The reductive elimination is the rate-determining step (ΔG⧧ = 18.7 kcal/mol). In addition, the calculations show a noninnocent behavior of the biOx ligand induced by the insertion of CbzNHCH═CH2CH3 into the Ni-H bond of (biOx)NiH. These computationally gained insights can have implications for developing new Ni(I)-catalyzed reactions.
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