Fosforilação C-H regiosseletiva acionada eletroquimicamente de metalocenos do grupo 8

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 3496 (2022) Citar este artigo

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Os metalocenos são estruturas privilegiadas para síntese e catálise. No entanto, a funcionalização C-H desidrogenativa direta de metalocenos assimétricos sofre de problemas de reatividade e seletividade. Aqui, nós relatamos uma fosforilação C-H regiosseletiva conduzida eletroquimicamente de metalocenos do grupo 8. Investigações mecanísticas indicam que esse acoplamento cruzado desidrogenativo ocorre por meio de uma substituição radical eletrofílica do metaloceno por um radical fosforil, facilitada pelo próprio metaloceno. Este trabalho não só oferece uma síntese eficiente e divergente de metalocenos fosforilados, mas também fornece um guia para interpretar a reatividade e regiosseletividade para a funcionalização C−H de metalocenos assimétricos.

Desde sua descoberta no início da década de 19501,2,3,4,5, o ferroceno e seus derivados de metaloceno receberam ampla atenção devido às suas amplas aplicações em física6, ciência de polímeros7 e medicina8,9. No que diz respeito à síntese e catálise orgânica, o metaloceno fosfinas baseadas em fosfinas provaram ser ligantes ou catalisadores privilegiados (Fig. 1a)10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20. Embora existam métodos bem estabelecidos para a síntese de metalocenos simples e não substituídos, a construção de derivados de metaloceno substituídos permanece um desafio. Duas abordagens gerais têm sido usadas para a síntese de metalocenos substituídos. A primeira estratégia é a coordenação dos precursores ciclopentadienil substituídos com o complexo metálico correspondente (Fig. 1b)21,22,23. Embora confiável, essa abordagem geralmente requer a síntese em várias etapas de precursores de ciclopentadienil substituídos e quantidades estequiométricas de bases fortes. A segunda estratégia envolve a funcionalização C−H do metaloceno. Este último apresenta uma melhor economia de passos, mas depende de bases fortes ou grupos diretores pré-instalados24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38. Portanto, é de grande importância enfrentar os desafios no desenvolvimento de um protocolo eficiente e conciso para a construção de metalocenos substituídos.

a Metalocenos representativos e seus derivados. b Estratégias gerais para sintetizar metalocenos substituídos e seus derivados. c Desafios da regiosseletividade na funcionalização desidrogenativa direta de metalocenos assimétricos. d Este trabalho: Fosforilação C-H regiosseletiva conduzida eletroquimicamente de metalocenos do grupo 8.

Comparado com o complexo bisciclopentadienil, a funcionalização C-H direta de indenil metalocenos representa um desafio adicional no regiocontrol. Com seis ligações sp2 C-H semelhantes na porção indenil, o indenil metaloceno 4-substituído é um substrato assimétrico representativo para a funcionalização C-H (Fig. 1c). Teoricamente, seria esperado a formação de seis possíveis regioisômeros. Propomos desenvolver um sistema para controlar a regiosseletividade através da diferenciação site-selectiva das seis ligações sp2 C−H semelhantes. Com base no princípio da conservação de massa, essa funcionalização direta de C-H gerará um equivalente molar de gás hidrogênio ou um subproduto associado. Normalmente, um oxidante externo é necessário como eliminador de hidrogênio. Enquanto isso, a síntese eletroquímica39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51 é um método poderoso para facilitar reações de acoplamento cruzado oxidativo52,53,54,55,56,57, 58 em condições livres de oxidante externo através de oxidação anódica. Em especial, a fosforilação eletroquímica59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70 surgiu como uma abordagem complementar aos métodos convencionais de formação de ligações C−P.

Aqui, relatamos uma eficiente fosforilação C-H regiosseletiva de metalocenos do grupo 8 (Fig. 1d). Este protocolo de acoplamento cruzado oxidativo apresenta amplo escopo de substrato e condições suaves, evitando o uso de grupos de direção e oxidantes externos.