Use of a PCET Mediator Enables a Ni-HER Electrocatalyst to Act as a Hydride Delivery Agent

化学 氢化物 电催化剂 催化作用 电子转移 光化学 磷化氢 还原消去 组合化学 转移加氢 反应性(心理学) 电化学 有机化学 物理化学 病理 替代医学 医学 电极
作者
Joseph Derosa,Pablo Garrido‐Barros,Mengdi Li,Jonas C. Peters
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (43): 20118-20125 被引量:38
标识
DOI:10.1021/jacs.2c09786
摘要

The generation of metal hydride intermediates during reductive electrocatalysis in the presence of acid most commonly leads to the hydrogen evolution reaction (HER). Redirecting the reactivity profile of such hydride intermediates toward the reduction of unsaturated substrates is an exciting opportunity in catalysis but presents a challenge in terms of catalyst selectivity. In this study, we demonstrate that a prototypical phosphine-supported Ni-HER catalyst can be repurposed toward the electrocatalytic reduction of a model substrate, methyl phenylpropiolate, via hydride transfer from a NiII–H when interfaced with a metallocene-derived proton-coupled electron transfer (PCET) mediator. Key to success is generation of the NiII–H at a potential pinned to that of the PCET mediator which is appreciably anodic of the onset of HER. Electrochemical, spectroscopic, and theoretical data point to a working mechanism where a PCET step from the metallocene-derived mediator to NiII generates NiIII–H and is rate-determining; the latter NiIII–H is then readily reduced to a NiII–H, which is competent for substrate reduction. Additional studies show that this tandem PCET-mediated hydride generation can afford high stereoselectivity (e.g., >20:1 Z/E using a phosphine-cobalt precatalyst with ethyl 2–heptynoate) and can also be used for the reduction of α,β-unsaturated ketones.

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