Transformations of Pd/(N-Heterocyclic Carbene) Molecular Complexes into a Nanosized Catalytic Systems in the Mizoroki–Heck Reaction

A. Yu. Kostyukovich; Костюкович А. Ю.; E. D. Patil; Патиль Е. Д.; J. V. Burykina; Бурыкина Ю. В.; V. P. Ananikov; Анаников В. П.

doi:10.31857/S0453881123010033

Превращения молекулярной каталитической системы Pd/(N-гетероциклический карбен) в реакции Мизороки–Хека

Авторы: Костюкович А.Ю.¹, Патиль Е.Д.¹, Бурыкина Ю.В.¹, Анаников В.П.¹
Учреждения:
1. ФГБУН Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН
Выпуск: Том 64, № 1 (2023)
Страницы: 53-64
Раздел: СТАТЬИ
URL: https://journal-vniispk.ru/0453-8811/article/view/137016
DOI: https://doi.org/10.31857/S0453881123010033
EDN: https://elibrary.ru/KGSNIQ
ID: 137016

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Изучен механизм формирования каталитических центров в практически важной реакции Мизороки–Хека, востребованной в современном тонком органическом синтезе. Обнаружено, что в условиях реакции Мизороки–Хека катализаторы на основе комплексов палладия с N-гетероциклическими карбеновыми лигандами трансформируются в “безлигандную” форму. Молекулярное моделирование, проведенное с использованием квантово-химических методов, показало, что данные процессы конкурируют с целевой реакцией на трех из шести стадий каталитического цикла. Наличие продуктов превращения катализатора в реакционной системе было подтверждено экспериментально методами ядерного магнитного резонанса и масс-спектрометрии. Получены важные механистические данные для рационального дизайна каталитических систем реакций кросс-сочетания.

Ключевые слова

: реакция Мизороки–Хека, Pd-катализ, квантово-химические расчеты, механизм реакции

Список литературы

Cazin C.S.J. N-Heterocyclic carbenes in transition metalcatalysis and organocatalysis. Springer Science & Business Media, 2010. 336 p. https://doi.org/10.1007/978-90-481-2866-2.
Темкин О.Н. “Золотой век” гомогенно-каталитической химии алкинов: димеризация и олигомеризация алкинов // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 6. С. 683. https://doi.org/10.1134/S0453881119060157
Díez-González S., Nolan S.P. Stereoelectronic parameters associated with N-heterocyclic carbene (NHC) ligands: a quest for understanding // Coord. Chem. Rev. 2007. V. 251. P. 874. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2006.10.004
Jacobsen H., Correa A., Poater A., Costabile C., Cavallo L. Understanding the M-(NHC) (NHC = N-heterocyclic carbene) bond // Coord. Chem. Rev. 2009. V. 253. P. 687. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2008.06.006
Van Leeuwen P.W. Decomposition pathways of homogeneous catalysts // Appl. Catal. A: Gen. 2001. V. 212. P. 61. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(00)00844-9
Magill A.M., Yates B.F., Cavell K.J., Skelton B.W., White A.H. Synthesis of N-heterocyclic carbene palladium (II) bis-phosphine complexes and their decomposition in the presence of aryl halides // Dalton Trans. 2007. V. 31. P. 3398. https://doi.org/10.1039/B706053J
Курохтина А.А., Ларина Е.В., Лагода Н.А., Шмидт А.Ф. Роль процессов формирования–дезактивации катализатора и свидетельства нелинейного механизма в реакции Мицороки–Хека с арилхлоридами // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 5. С. 614–627. https://doi.org/10.31857/S0453881122050070
Ларина Е.В., Курохтина А.А., Лагода Н.А., Шмидт А.Ф. Влияние добавок солей и фосфинов на состав активных комплексов палладия в реакции Мицороки–Хека с ангидридами ароматических кислот // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 2. С. 234. https://doi.org/10.31857/S0453881122020058
Eremin D.B., Boiko D.A., Kostyukovich A.Yu., Burykina J.V., Denisova E.A., Anania M., Martens J., Berden G., Oomens J., Roithová J., Ananikov V.P. Mechanistic study of Pd/NHC-catalyzed sonogashira reaction: discovery of NHC-ethynyl coupling process // Chem. Eur. J. 2020. V. 26. P. 15672. https://doi.org/10.1002/chem.202003533
Denisova E.A., Eremin D.B., Gordeev E.G., Tsedilin A.M., Ananikov V.P. Addressing reversibility of R-NHC coupling on palladium: is nano-to-molecular transition possible for the Pd/NHC System? // Inorg. Chem. 2019. V. 58. P. 12218. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b01630
Chernyshev V.M., Khazipov O.V., Shevchenko M.A., Chernenko A.Y., Astakhov A.V., Eremin D.B., Pasyukov D.V., Kashin A.S., Ananikov V.P. Revealing the unusual role of bases in activation/deactivation of catalytic systems: O-NHC coupling in M/NHC catalysis // Chem. Sci. 2018. V. 9. P. 5564. https://doi.org/10.1039/C8SC01353E
Gaussian 16, Revision C.01, Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Petersson G.A., Nakatsuji H., Li X., Caricato M., Marenich A.V., Bloino J., Janesko B.G., et al., Fox, D.J. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2016.
Adamo C., Barone V. Toward reliable density functional methods without adjustable parameters: The PBE0 model // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. P. 6158. https://doi.org/10.1063/1.478522
Weigend F., Ahlrichs R. Balanced basis sets of split valence, triple zeta valence and quadruple zeta valence quality for H to Rn: Design and assessment of accuracy // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. V. 7. P. 3297. https://doi.org/10.1039/B508541A
Grimme S., Ehrlich S., Goerigk L. Effect of the damping function in dispersion corrected density functional theory // J. Comput. Chem. 2011. V. 32. P. 1456. https://doi.org/10.1002/jcc.21759
Scalmani G., Frisch M.J. Continuous surface charge polarizable continuum models of solvation. I. General formalism // J. Chem. Phys. 2010. V. 132. P. 114110. https://doi.org/10.1063/1.3359469