Fosforilazione regioselettiva C−H guidata elettrochimicamente dei metalloceni del gruppo 8

Nature Communications volume 13, numero articolo: 3496 (2022) Citare questo articolo

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I metalloceni sono strutture privilegiate per la sintesi e la catalisi. Tuttavia, la funzionalizzazione diretta deidrogenativa C−H dei metalloceni asimmetrici soffre di problemi di reattività e selettività. Qui, riportiamo una fosforilazione regioselettiva C-H guidata elettrochimicamente dei metalloceni del gruppo 8. Le indagini meccanicistiche indicano che questo accoppiamento incrociato deidrogenativo avviene attraverso una sostituzione radicale elettrofila del metallocene con un radicale fosforilico, facilitata dal metallocene stesso. Questo lavoro non solo offre una sintesi efficiente e divergente di metalloceni fosforilati, ma fornisce anche una guida per interpretare la reattività e la regioselettività per la funzionalizzazione C−H dei metalloceni asimmetrici.

Sin dalla sua scoperta all'inizio degli anni '501,2,3,4,5, il ferrocene e i suoi derivati ​​metallocenici hanno ricevuto ampia attenzione grazie alle loro ampie applicazioni in fisica6, scienza dei polimeri7 e medicina8, 9. Per quanto riguarda la sintesi organica e la catalisi, il metallocene le fosfine si sono rivelate ligandi o catalizzatori privilegiati (Fig. 1a)10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20. Sebbene esistano metodi consolidati per la sintesi di metalloceni semplici e non sostituiti, la costruzione di derivati ​​metallocenici sostituiti rimane una sfida. Sono stati utilizzati due approcci generali per la sintesi di metalloceni sostituiti. La prima strategia è la coordinazione dei precursori ciclopentadienilici sostituiti con il corrispondente complesso metallico (Fig. 1b)21,22,23. Sebbene affidabile, questo approccio richiede solitamente la sintesi in più fasi di precursori ciclopentadienilici sostituiti e quantità stechiometriche di basi forti. La seconda strategia prevede la funzionalizzazione C−H del metallocene. Quest'ultimo presenta una migliore economia di passo ma fa affidamento su basi robuste o gruppi direzionali preinstallati24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38. Pertanto, è di grande importanza affrontare le sfide nello sviluppo di un protocollo efficiente e conciso per la costruzione di metalloceni sostituiti.

a Metalloceni rappresentativi e loro derivati. b Strategie generali per la sintesi di metalloceni sostituiti e loro derivati. c Sfide di regioselettività nella funzionalizzazione deidrogenativa diretta di metalloceni asimmetrici. d Questo lavoro: fosforilazione regioselettiva C−H guidata elettrochimicamente dei metalloceni del gruppo 8.

Rispetto al complesso bisciclopentadienilico, la funzionalizzazione diretta C−H degli indenil metalloceni rappresenta un'ulteriore sfida nel regiocontrollo. Con sei legami C − H sp2 simili sulla porzione indenilica, il metallocene indenilico 4-sostituito è un substrato asimmetrico rappresentativo per la funzionalizzazione C − H (Fig. 1c). Teoricamente, ci si aspetterebbe che si formassero sei possibili regioisomeri. Proponiamo di sviluppare un sistema per controllare la regioselettività attraverso la differenziazione selettiva del sito dei sei legami C−H sp2 simili. Basata sul principio di conservazione della massa, questa funzionalizzazione diretta C−H genererà un equivalente molare di idrogeno gassoso o un sottoprodotto associato. Di solito, è necessario un ossidante esterno come scavenger di idrogeno. Nel frattempo, la sintesi elettrochimica39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51 è un metodo potente per facilitare le reazioni di accoppiamento incrociato ossidativo52,53,54,55,56,57, 58 in condizioni prive di ossidanti esterni mediante ossidazione anodica. In particolare, la fosforilazione elettrochimica59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70 è emersa come approccio complementare ai metodi convenzionali per la formazione di legami C−P.

Qui, riportiamo un'efficiente fosforilazione regioselettiva C − H dei metalloceni del gruppo 8 (Fig. 1d). Questo protocollo di accoppiamento incrociato ossidativo presenta un'ampia portata di substrato e condizioni blande evitando l'uso di gruppi direttivi e ossidanti esterni.