Intermolecular N–H Oxidative Addition of Ammonia, Alkylamines, and Arylamines to a Planar σ3-Phosphorus Compound via an Entropy-Controlled Electrophilic Mechanism

化学 异构化 氧化加成 药物化学 丙胺 光化学 质子化 结晶学 物理化学 立体化学 胺气处理 有机化学 催化作用 离子 物理 量子力学
作者
Sean M. McCarthy,Yi‐Chun Lin,Deepa Devarajan,Ji Woong Chang,Hemant P. Yennawar,Robert M. Rioux,Daniel H. Ess,Alexander T. Radosevich
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:136 (12): 4640-4650 被引量:145
标识
DOI:10.1021/ja412469e
摘要

Ammonia, alkyl amines, and aryl amines are found to undergo rapid intermolecular N-H oxidative addition to a planar mononuclear σ(3)-phosphorus compound (1). The pentacoordinate phosphorane products (1·[H][NHR]) are structurally robust, permitting full characterization by multinuclear NMR spectroscopy and single-crystal X-ray diffraction. Isothermal titration calorimetry was employed to quantify the enthalpy of the N-H oxidative addition of n-propylamine to 1 ((n)PrNH2 + 1 → 1·[H][NH(n)Pr], ΔHrxn(298) = -10.6 kcal/mol). The kinetics of n-propylamine N-H oxidative addition were monitored by in situ UV absorption spectroscopy and determination of the rate law showed an unusually large molecularity (ν = k[1][(n)PrNH2](3)). Kinetic experiments conducted over the temperature range of 10-70 °C revealed that the reaction rate decreased with increasing temperature. Activation parameters extracted from an Eyring analysis (ΔH(⧧) = -0.8 ± 0.4 kcal/mol, ΔS(⧧) = -72 ± 2 cal/(mol·K)) indicate that the cleavage of strong N-H bonds by 1 is entropy controlled due to a highly ordered, high molecularity transition state. Density functional calculations indicate that a concerted oxidative addition via a classical three-center transition structure is energetically inaccessible. Rather, a stepwise heterolytic pathway is preferred, proceeding by initial amine-assisted N-H heterolysis upon complexation to the electrophilic phosphorus center followed by rate-controlling N → P proton transfer.
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