Rebound-S N 2 versus S H 2 Mechanism in Cu-Catalyzed Radical Alkylation of Nucleophiles

化学 SN2反应 亲核细胞 激进的 机制(生物学) 分子内力 位阻效应 酰胺 反应机理 烷基化 均分解 还原消去 立体化学 消除反应 过渡状态 对映选择合成 SN1反应 组合化学 二面角 氮气转化 药物化学 催化循环
作者
Wei Gu,Yi Yu,Hongyou Guo,Yixin Luo,Shengli Chen,Xiaotian Qi
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (5): 4803-4814
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c08528
摘要

Copper-catalyzed enantioconvergent radical alkylation of oxygen and nitrogen nucleophiles represents an efficient strategy for asymmetric synthesis. An inner-sphere mechanism comprising of radical capture and reductive elimination as well as an outer-sphere mechanism through SH2 were generally proposed for this type of reaction. Herein, a rebound-SN2 mechanism is put forward for the transformation of radicals with an anchoring group (e.g., an α-amide radical). This mechanism features a dangling radical center chelated to copper(II), and the transformation proceeds from the intramolecular radical capture by copper(II), nucleophile dissociation, and a subsequent SN2 step to afford the stereoinversed product. It outcompetes the reductive elimination pathway by avoiding the energetic penalty associated with fused-ring strain. The computational study of the enantiocontrol suggested that the enantioselectivity is governed by competition between the classical SH2 and rebound-SN2 mechanisms. Quantitative steric-electronic effects dissection (QSED) has quantified the influence of various radical–catalyst interactions on mechanism competition. The in-depth mechanistic understanding inspired us to put forward the ligand–radical dihedral angle θ as the indicator for predicting the mechanism discrimination between SH2 and rebound-SN2. The smaller θ (≤64.0°) in the phenoxy copper(II) amide intermediate indicates that the rebound-SN2 mechanism is kinetically more favorable, as a larger θ imposes a greater steric demand for transition state formation, particularly for the radical capture transition state.
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