利用密度泛函理论（DFT）研究三种碘（III）试剂在MIA导向的Pd催化C(sp3)–H烷氧基化反应中不同反应活性的机制起源

《Asian Journal of Organic Chemistry》：DFT Study on the Mechanistic Origin of the Distinct Reactivities of Three Iodine(III) Reagents in MIA‐Directed Pd‐Catalyzed C(sp3)–H Alkoxylation

　　

刘鹏宇 | 孙瑞霞 | 孙青松 | 何宇鹏

中国宁波大连理工大学宁波精细化学品国家重点实验室

摘要

高价碘(III)试剂在钯催化的C-H官能化反应中得到广泛应用，但其反应活性会因酰氧基团的不同而显著变化。本研究通过密度泛函理论（DFT）阐明了PhI(OAc)₂、PhI(OCOCF₃)₂和PhI(OPiv)₂在C(sp³)–H烷氧基化反应中的反应差异的机理。研究发现，这三种试剂都遵循相同的反应路径：首先是酰氧基自由基与钯(II)中心的氧化加成反应，随后通过协同金属化-脱质子化（CMD）实现C-H键的断裂，最后进行S_N2型还原消除反应。PhI(OAc)₂由于具有最佳的自由基解离能（17.9 kcal/mol）和最低的CMD活化能垒（19.7 kcal/mol），因此产率最高。相比之下，三氟乙酰氧基团的强吸电子性质使PhI(OCOCF₃)₂的自由基解离能升高至38.1 kcal/mol，从而使氧化剂的活化成为反应的限速步骤。对于PhI(OPiv)₂，戊酸基团的弱诱导效应使得CMD步骤的活化能升高至21.2 kcal/mol。这些发现为该MIA（2-Methoxyiminoacyl）导向的烷氧基化反应体系中酰氧基团的影响提供了基于机理的电子解释，并可能为相关的钯催化C(sp³)–H烷氧基化反应提供定性指导。