Iridium Polypyridyl Carboxylates as Excited-State PCET Catalysts for the Functionalization of Unactivated C–H Bonds

化学 表面改性 催化作用 激发态 光催化 光化学 高分子化学 有机化学 光催化 物理化学 物理 核物理学
作者
Daniel Granados,Yun E. Du,S. Andersson,Avery Cirincione-Lynch,Kai Cui,Adam Reinhold,Philip D. Jeffrey,Gregory D. Scholes,Sharon Hammes‐Schiffer,Robert R. Knowles
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (24): 20703-20715 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.5c04000
摘要

The design of catalysts capable of functionalizing unactivated C(sp3)-H bonds remains a significant goal in synthetic organic chemistry. Herein, we present a novel set of iridium polypyridyl complexes bearing pendent Brønsted basic carboxylates that become potent hydrogen atom abstraction catalysts upon visible light irradiation. Thermochemical and spectroscopic characterization reveal that these excited-state complexes exhibit bond dissociation free energies (BDFEs) of up to 105 kcal mol-1 with long excited-state lifetimes. We demonstrate that these complexes can catalyze C-H alkylation reactions in which the Ir carboxylate mediates both C-H abstraction and formation steps. Mechanistic, spectroscopic, and computational studies are consistent with C-H abstraction proceeding through an excited-state proton-coupled electron transfer (PCET) step. The modular nature of these Ir polypyridyl complexes establishes a foundation for designing tunable and efficient C-H functionalization catalysts based on covalent tethering of excited-state oxidants and bases.
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