Unraveling the Role of Silyl and Silane in Si–Ni Catalysts for Hydrogenation

硅烷化 硅烷 硅氢加成 催化作用 氢化物 化学 炔烃 有机硅 化学选择性 硅烷 氧化加成 光化学 复分解 有机化学 金属 聚合 聚合物
作者
Yinwu Li,Huayu Liang,Yubang Liu,Jiaxin Lin,Zhuofeng Ke
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (19): 13008-13020 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c03329
摘要

Transition-metal complexes with Si–M bonds are important catalysts for hydrosilylation and hydrogenation reactions. However, the function of the ligated silicon atom in the organosilicon metal catalysts remains unknown. Herein, we unravel the intriguing role of silyl and silane types of active modes in the Si–Ni complex-catalyzed selective hydrogenation of alkyne. Comprehensive density functional theory calculations were performed to investigate the nickel hydride insertion, silicon hydride migration, H2 metathesis, and H2 oxidative addition mechanisms. The results suggest that the silyl and silane types of active species display distinct catalytic properties in the hydrogenation reaction. During the hydrogenation of alkyne, Ni–H insertion heavily relies on the highly active nickel hydride in the silyl–nickel intermediate. Conversely, in the hydrogenation of stilbene, the driving force is the oxidation of the Ni(0) center in the silane–nickel intermediate. The revealed roles of silicon as silyl and silane during the catalysis well explained the E/Z stereoselectivity and chemoselectivity between the olefin product and the alkane product for the Si–Ni-catalyzed hydrogenation of alkyne. Furthermore, we explored the structure–activity relationship of bifunctional sites that incorporate group IVA elements (C, Si, Ge, and Sn). Hydrogenation of both alkynes and olefins can be accomplished via analogous silyl– and silane–metal transformations. Our theoretical study provides valuable insights into the mechanism and role of silicon in Si–Ni-catalyzed hydrogenation and would be helpful for future catalyst design with ligands containing group IVA elements.
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