Chemistry and catalysis advances in organometallic chemistry and catalysis


Download 11.05 Mb.
Pdf ko'rish
bet14/115
Sana23.06.2017
Hajmi11.05 Mb.
#9613
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   115

5.5

FINAL REMARKS

Some mechanistic considerations on the functionalization studies of the sp

3

carbon centers by hydrogen peroxide in the



presence of POMs were proposed. In all these studies, no substrate oxidation took place in the presence of a radical scavenger,

which suggests that these oxidations are processes involving radicals. However, taking into account all the results obtained,

it is clear that even if the reaction mechanisms are radical in nature, some details must vary, depending on the catalyst and

reaction conditions. This is due to the existence of several possible concurrent phenomena, namely the hydroperoxidation

and the hydroxylation reactions, the decomposition of the hydroperoxide formed, and the dismutation of H

2

O



2

, all putatively

catalyzed by the transition metals [43, 46, 48, 49]. Hydroperoxidation was observed with several substrates, mainly when an

excess of H

2

O

2



was used. In the presence of the iron catalysts, it was assumed that the formation of the alkyl hydroperoxides

occurred by an iron(III)-initiated generation of HO

[84]. The first step should be a reduction of iron(III) in acetonitrile



(Scheme 5.1) [85], which does not occur in aqueous solution [86], and this was confirmed by cyclic voltammetry [43]. The

molecular oxygen to obtain ROO

is probably originated in situ from H



2

O

2



, since some systems involving iron complexes,

with excess H

2

O

2



, can produce their own O

2

atmosphere (Scheme 5.1) [87, 88]. This may explain the higher hydroperoxide



yields when an excess of H

2

O



2

was used (H

2

O

2



/sub molar ratio

= 9.8), and would be in good agreement with the catalytic

results obtained when similar reactions were performed under a nitrogen atmosphere. The formation of the other products,

such as ketones and alcohols, may be explained by considering also the Fenton reactions [87, 89]. Furthermore, as some

XW

11

Fe



III

 + H


2

O

2



→ XW

11

Fe



II

 + HOO


+ H


+

XW

11



Fe

III


 + HOO

→ XW



11

Fe

II



 + O

2

 + H



+

XW

11



Fe

II

 + HOOH 



→ XW

11

Fe



III

 + HO


+ OH


RH + HO


→ R


+ H


2

O

R



+ O


2

→ ROO


ROO


+ RH 


→ ROOH + R

ROO



+ XW


11

Fe

II



 + H

+

→ XW



11

Fe

III



 + ROOH

Scheme 5.1

68

FUNCTIONALIZATION OF SP

2

AND SP


3

CARBON CENTERS CATALYZED BY POLYOXOMETALATES AND METALLOPORPHYRINS

results obtained with the Keggin-type XW

12

and the lacunary-type XW



11

anions are similar to those obtained with the

transition-metal-substituted anions (XW

11

M), it is likely that in the presence of XW



11

M anions the activation of H

2

O

2



may

occur simultaneously at the W and the transition metal (M) [43].

In the case of sp

2

carbon center oxyfunctionalization with hydrogen peroxide in the presence of POMs, the possibility



of autoxidation seems to be ruled out, since similar results were obtained under an argon atmosphere, in comparison with

those achieved in the presence of air. Moreover, radical processes can be ruled out, as the presence of a radical scavenger

in the reaction media did not inhibit the formation of any reaction products [52].

Studies dedicated to oxidation reactions catalyzed by synthetic metalloporphyrins showed that iron and manganese

porphyrin complexes are exceptional catalytic models of biologically important iron- and manganese-containing enzymes

[5, 11–14, 17, 18]. In fact, metalloporphyrins are known to work as biomimetic monooxygenase or as superoxide dismutase

enzymes, each pathway being attained by the correct choice of the fifth ligand [90, 91]. This ligand is known to be crucial to

the stabilization of the oxo– metal complex formed during the reactions and to facilitate the substrate hydrogen abstraction

[91–96] and the heterocyclic cleavage in hydroperoxy-type oxidants [59, 90], similar to the cysteinate residue function in

cytochrome P450 monooxygenase enzymes [92, 97, 98]. It is usually recognized that the reactions occur with the contribution

of a high valent oxo–metal species that can be produced by the interaction of the metalloporphyrin with oxygen donors

such as hydrogen peroxide, alkyl hydroperoxides, iodosylarenes, sodium hypochlorite, potassium monopersulfate, amine



N-oxides, and peracids, among others [11, 13, 14, 17]. Hydrogen peroxide has the advantage of being a green, clean, and

cheap oxidant. Hydrogen peroxide’s main problems, as an oxidant, are connected with metalloporphyrin stability under

the reaction conditions and its own unproductive dismutation (catalase pathway) [90, 91, 99]. Mechanistic studies have

suggested that the reactions occur in steps or involve a stepwise branch with an intermediate that generates the by-products.

Two types of intermediates, namely radicals and carbocations, are usually invoked to account for the side-product formation,

while the stereospecific epoxidation is thought to occur by a concerted oxygen transfer mechanism [68]. Density functional

theory (DFT) studies using compound I ([Fe

IV

= O(protoporphyrin IX)



+

] coordinated to a thiolate residue) suggested that



a multiscenario can be found for sp

2

carbon center oxygenation and that, depending on the catalyst, the substrate, and the



reaction conditions, a cationic and/or a radical species can be generated thereby giving rise to the final products [82].

In conclusion, POMs and metalloporphyrins have been shown to be excellent catalysts for the in vitro biomimetic

oxidative transformation of organic compounds, namely their sp

2

and sp



3

carbon centers, when hydrogen peroxide is used

as the oxygen donor and acetonitrile as solvent.

ACKNOWLEDGMENTS

The authors wish to thank FCT/FEDER for funding the Organic Chemistry Research Unit (Project PEst-C/QUI/UI0062/2011)

and CICECO (Pest-C/CTM/LA0011/2011). Thanks are also due to their colleagues and students involved in the work cited

here.


REFERENCES

1. Activation and Functionalization of Alkanes; Hill, C. L., Ed.; John Wiley & Sons, Inc: New York, 1989.

2. Hudlicky, M. Oxidations in Organic Chemistry; American Chemical Society: Washington, DC, 1990.

3. Catalytic Selective Oxidation; Oyama, S. T.; Hightower, J. W., Eds.; American Chemical Society: Washington, DC, 1993.

4. Advances in Catalytic Activation of Dioxygen by Metal Complexes; Sim´andi, L. I., Ed.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht,

2003.

5. Modern Oxidation Methods; Backvall, J. E., Ed.; Wiley-VCH: Weinheim, 2004.

6. Organometallic Oxidation Catalysis; Meyer, F.; Limberg, C., Eds.; Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg, 2007.

7. Sheldon, R. A.; Arends, I. W. C. E.; Hanefeld, U. Green Chemistry and Catalysis; Wiley-VCH: Weinheim, 2007.

8. Catalytic Oxidations with Hydrogen Peroxide as Oxidant ; Strukul, G., Ed.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, 1992.

9. Sanderson, W. R. Pure Appl. Chem. 200072 , 1289.

10. Noyori, R.; Aoki, M.; Sato, K. Chem. Commun. 2003, 1977.

11. Meunier, B.; Robert, A.; Pratviel, G.; Bernadou, J. In The Porphyrin Handbook ; Kadish, K. M., Smith, K. M., Guilard, R., Eds.;

Academic Press: San Diego, CA, 2000; Vol. , p 119.

12. Bernadou, J.; Meunier, B. Adv. Synth. Catal. 2004346 , 171.



REFERENCES

69

13. Groves, J. T. In Cytochrome P-450: Structure, Mechanism, and Biochemistry; 3rd ed.; Ortiz de Montellano, P. R., Ed.; Kluwer

Academic/Plenum Publishers: New York, 2005, p 1.

14. Mansuy, D. C. R.Chim 200710 , 392.

15. Lohmann, W.; Karst, U. Anal. Bioanal. Chem. 2008391 , 79.

16. Groves, J. T.; Nemo, T. E.; Myers, R. S. J. Am. Chem. Soc. 1979101 , 1032.

17. Metalloporphyrins in Catalytic Oxidations; Sheldon, R. A., Ed.; Marcel Dekker: New York, 1994.

18. Metalloporphyrins Catalyzed Oxidations; Montanari, F.; Casella, L., Eds.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, 1994.

19. Meunier, B. Chem. Rev. 199292 , 1411.

20. Quici, S.; Banfi, S.; Pozzi, G. Gazz. Chim. Ital. 1993123 , 597.

21. Mansuy, D. Pure Appl. Chem. 199466 , 737.

22. Dolphin, D.; Traylor, T. G.; Xie, L. Y. Acc. Chem. Res. 199730 , 251.

23. Saladino, R.; Bernini, R.; Mincione, E.; Tagliatesta, P.; Boschi, T. Tetrahedron Lett. 199637 , 2647.

24. Tagliatesta, P.; Bernini, R.; Crestini, C.; Monti, D.; Boschi, T.; Mincione, E.; Saladino, R. J. Org. Chem. 199964 , 5361.

25. Saladino, R.; Carlucci, P.; Crestini, C.; Tagliatesta, P.; Monti, D.; Boschi, T. Nucleosides Nucleotides 199918 , 1123.

26. Thellend, A.; Battioni, P.; Sanderson, W.; Mansuy, D. Synthesis 1997, 1387.

27. Ito, N.; Etoh, T.; Hagiwara, H.; Kato, M. Synthesis 1997, 153.

28. McLain, J. L.; Lee, J.; Groves, J. T. In Biomimetic Oxidations Catalysed by Transition Metal Complexes; Meunier, B., Ed.; Imperial

College Press: London, 2000, p 91.

29. Ortiz de Montellano, P. R.; De Voss, J. J. In Cytochrome P450: Structure, Mechanism, and Biochemistry; 3rd ed.; Ortiz de Montellano,

P. R., Ed.; Kluwer Academic/Plenum Publishers: New York, 2005, p 183.

30. Neumann, R. Prog. Inorg. Chem. 199847 , 317.

31. Kozhevnikov, I. V. Chem. Rev. 199898 , 171.

32. Hill, C. L. J. Mol. Catal. A: Chem. 2007262 , 2.

33. Hill, C. L.; Prosser-McCartha, C. M. Coord. Chem. Rev. 1995143 , 407.

34. Hill, C. L.; Kim, G. S.; Prosser-McCartha, C. M.; Judd, D. In Polyoxometallates: From Platonic Solids to Anti-retroviral Activity;

Pope, M. T., M¨uller, A, Eds.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, 1994, p 359.

35. Polyoxometalate Chemistry: From Topology via Self-Assembly to Applications; Pope, M. T.; M¨uller, A., Eds.; Kluwer Academic

Publishers: Dordrecht, 2001.

36. Katsoulis, D. E.; Pope, M. T. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1986, 1186.

37. Hill, C. L.; Brown, R. B. J. Am. Chem. Soc. 1986108 , 536.

38. Mansuy, D.; Bartoli, J. F.; Battioni, P.; Lyon, D. K.; Finke, R. G. J. Am. Chem. Soc. 1991113 , 7222.

39. Khenkin, A. M.; Hill, C. L. J. Am. Chem. Soc. 1993115 , 8178.

40. Sim˜oes, M. M. Q.; Conceic¸˜ao, C. M. M.; Gamelas, J. A. F.; Domingues, P. M. D. N.; Cavaleiro, A. M. V.; Cavaleiro, J. A. S.;

Ferrer-Correia, A. J. V.; Johnstone, R. A. W. J. Mol. Catal. A: Chem. 1999144 , 461.

41. Santos, I. C. M. S.; Sim˜oes, M. M. Q.; Pereira, M. M. M. S.; Martins, R. R. L.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro,

A. M. V. J. Mol. Catal. A: Chem. 2003195 , 253.

42. Santos, I. C. M. S.; Balula, M. S. S.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro, A. M. V. Synlett



2003, 1643.

43. Balula, M. S. S.; Santos, I. C. M. S.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro, A. M. V. J. Mol.



Catal. A: Chem. 2004222 , 159.

44. Sim˜oes, M. M. Q.; Santos, I. C. M. S.; Balula, M. S. S.; Gamelas, J. A. F.; Cavaleiro, A. M. V.; Neves, M. G. P. M. S; Cavaleiro,

J. A. S. Catal. Today 200491–92 , 211.

45. Santos, I. C. M. S.; Gamelas, J. A. F.; Balula, M. S. S.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro,

A. M. V. J. Mol. Catal. A: Chem. 2007262 , 41.

46. Santos, I. C. M. S.; Sim˜oes, M. M. Q.; Balula, M. S. S.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro, A. M. V. Synlett



2008, 1623.

47. Estrada, A. C.; Sim˜oes, M. M. Q.; Santos, I. C. M. S.; Neves, M. G. P. M. S.; Silva, A. M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro, A. M.

V. Catal. Lett. 2009128 , 281.

48. Estrada, A. C.; Sim˜oes, M. M. Q.; Santos, I. C. M. S.; Neves, M. G. P. M. S.; Silva, A. M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro, A. M.

V. Appl. Catal. A: General 2009366 , 275.

49. Estrada, A. C.; Sim˜oes, M. M. Q.; Santos, I. C. M. S.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro, A. M. V. Monatsh.



Chem. 2010141 , 1223.

70

FUNCTIONALIZATION OF SP

2

AND SP


3

CARBON CENTERS CATALYZED BY POLYOXOMETALATES AND METALLOPORPHYRINS

50. Estrada, A. C.; Santos, I. C. M. S.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro, A. M. V. Appl. Catal.

A: General 2011392 , 28.

51. Estrada, A. C.; Sim˜oes, M. M. Q.; Santos, I. C. M. S.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro, A. M. V. ChemCatChem



2011, 771.

52. Sousa, J. L. C.; Santos, I. C. M. S.; Sim˜oes, M. M. Q.; Cavaleiro, J. A. S.; Nogueira, H. I. S.; Cavaleiro, A. M. V. Catal. Commun.



201112 , 459.

53. Cavaleiro, J. A. S.; Nascimento, G. M. S. F. C.; Neves, M. G. P. M. S.; Pinto, M. T.; Silvestre, A. J. D.; Vicente, M. G. H. Tetrahedron



Lett. 1996 , 37, 1893.

54. Martins, R. R. L.; Neves, M. G. P. M. S.; Silvestre, A. J. D.; Silva, A. M. S.; Cavaleiro, J. A. S. J. Mol. Catal. A: Chem. 1999137 ,

41.

55. Martins, R. R. L.; Neves, M. G. P. M. S.; Silvestre, A. J. D.; Sim˜oes, M. M. Q.; Silva, A. M. S.; Tom´e, A. C.; Cavaleiro, J. A. S.;



Tagliatesta, P.; Crestini, C. J. Mol. Catal. A: Chem. 2001172 , 33.

56. Rebelo, S. L. H.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S. J. Mol. Catal. A: Chem. 2003201 , 9.

57. Rebelo, S. L. H.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Silva, A. M. S.; Cavaleiro, J. A. S. Chem. Commun. 200410 , 608.

58. Rebelo, S. L. H.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Silva, A. M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Peixoto, A. F.; Pereira, M. M.;

Silva, M. R.; Paix˜ao, J. A.; Beja, A. M. Eur. J. Org. Chem. 2004, 4778.

59. Rebelo, S. L. H.; Pereira, M. M.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S. J. Catal. 2005234 , 76.

60. Rebelo, S. L. H.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Silva, A. M. S.; Tagliatesta, P.; Cavaleiro, J. A. S. J. Mol. Catal. A:

Chem. 2005232 , 135.

61. Vinhado, F. S.; Gandini, M. E. F.; Iamamoto, Y.; Silva, A. M. G.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Tom´e, A. C.; Rebelo,

S. L. H.; Pereira, A. M. V. M.; Cavaleiro, J. A. S. J. Mol. Catal. A: Chem. 2005239 , 138.

62. Santos, I. C. M. S.; Rebelo, S. L. H.; Balula, M. S. S.; Martins, R. R. L.; Pereira, M. M. M. S.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P.

M. S.; Cavaleiro, J. A. S.; Cavaleiro, A. M. V. J. Mol. Catal. A: Chem. 2005231 , 35.

63. Rebelo, S. L. H.; Gonc¸alves, A. R.; Pereira, M. M.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S. J. Mol. Catal. A:



Chem. 2006256 , 321.

64. De Paula, R.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S. Catal. Commun. 200810 , 57.

65. Pires, S. M. G.; Paula, R. D.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Santos, I. C. M. S.; Tom´e, A. C.; Cavaleiro, J. A. S. Catal.

Commun. 200911 , 24.

66. Sim˜oes, M. M. Q.; De Paula, R.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S. J. Porphyrins Phthalocyanines 200913 , 589.

67. Neves, C. M. B.; Sim˜oes, M. M. Q.; Santos, I. C. M. S.; Domingues, F. M. J.; Neves, M. G. P. M. S.; Almeida Paz, F. A.; Silva, A.

M. S.; Cavaleiro, J. A. S. Tetrahedron Lett. 201152 , 2898.

68. De Paula, R.; Sim˜oes, M. M. Q.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S. J. Mol. Catal. A: Chem. 2011345 , 1.

69. Pires, S. M. G.; Paula, R. D.; Sim˜oes, M. M. Q.; Silva, A. M. S.; Domingues, M. R. M.; Santos, I. C. M. S.; Vargas, M. D.; Ferreira,

V. F.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S. RSC Adv. 2011, 1195.

70. Neves, C. M. B.; Sim˜oes, M. M. Q.; Dom´ıngues, M. R. M.; Santos, I. C. M. S.; Neves, M. G. P. M. S.; Paz, F. A. A.; Silva, A. M.

S.; Cavaleiro, J. A. S. RSC Adv. 2012, 7427.

71. Neves, C. M. B.; Sim˜oes, M. M. Q.; Domingues, F. M. J.; Neves, M. G. P. M. S.; Cavaleiro, J. A. S. Quim. Nova 201235 , 1477.

72. Pires, S. M. G.; Sim˜oes, M. M. Q.; Santos, I. C. M. S.; Rebelo, S. L. H.; Pereira, M. M.; Neves, M. G. P. M. S. Cavaleiro, J. A. S.

Appl. Catal. A: General 2012439–440 , 51.

73. Baucherel, X.; Gonsalvi, L.; Arends, I. W. C. E.; Ellwood, S.; Sheldon, R. A. Adv. Synth. Catal. 2004346 , 286.

74. Pires, E. L.; Wallau, M.; Schuchardt, U. J. Mol. Catal. A: Chem. 1998136 , 69.

75. Tangestaninejad, S.; Mirkhani, V.; Moghadam, M.; Mohammadpoor-Baltork, I.; Shams, E.; Salavati, H. Ultrason. Sonochem. 2008,



15 , 438.

76. Attanasio, D.; Orru, D.; Suber, L. J. Mol. Catal. 198957 , L1.

77. Neumann, R.; De la Vega, M. J. Mol. Catal. 199384 , 93.

78. Balula, S. S.; Santos, I. C. M. S.; Cunha-Silva, L.; Carvalho, A. P.; Pires, J.; Freire, C.; Cavaleiro, J. A. S.; Castro, B.; Cavaleiro, A.

M. V. Catal. Today 2012, doi:10.1016/j.cattod.2012.02.020.

79. Canali, L.; Cowan, E.; Deleuze, H.; Gibson, C. L.; Sherrington, D. C. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 2000, 2055.

80. Kureshy, R. I.; Ahmad, I.; Khan, N. H.; Abdi, S. H. R.; Pathak, K.; Jasra, R. V. J. Catal. 2006238 , 134.

81. Haines, A. H. Methods for the Oxidation of Organic Compounds; Academic Press: New York, 1988.

82. Kumar, D.; de Visser, S. P.; Shaik, S. Chem. Eur. J. 200511 , 2825.

83. Liu, Y.; Zhang, H. J.; Lu, Y.; Cai, Y. Q.; Liu, X. L. Green Chem. 2007, 1114.

84. Shul’pin, G. B.; Nizova, G. V.; Kozlov, Y. N.; Cuervo, L. G.; Suss-Fink, G. Adv. Synth. Catal. 2004346 , 317.


REFERENCES

71

85. Kuznetsova, L. I.; Detusheva, L. G.; Kuznetsova, N. I.; Fedotov, M. A.; Likholobov, V. A. J. Mol. Catal. A: Chem. 1997117 , 389.

86. Toth, J. E.; Melton, J. D.; Cabelli, D.; Bielski, B. H. J.; Anson, F. C. Inorg. Chem. 199029 , 1952.

87. Gozzo, F. J. Mol. Catal. A: Chem. 2001171 , 1.

88. Sawyer, D. T. Coord. Chem. Rev. 1997165 , 297.

89. Jones, C. W. Applications of Hydrogen Peroxide and Derivatives; The Royal Society of Chemistry: Cambridge, 1999.

90. Wang, R.; de Visser, S. P. J. Inorg. Biochem. 2007101 , 1464.

91. Takahashi, A.; Kurahashi, T.; Fujii, H. Inorg. Chem. 200948 , 2614.

92. Jin, S.; Makris, T. M.; Bryson, T. A.; Sligar, S. G.; Dawson, J. H. J. Am. Chem. Soc. 2003125 , 3406.

93. Kamachi, T.; Kouno, T.; Nam, W.; Yoshizawa, K. J. Inorg. Biochem. 2006100 , 751.

94. de Visser, S. P. J. Biol. Inorg. Chem. 200611 , 168.

95. Crestoni, M. E.; Fornarini, S.; Lanucara, F. Chem. Eur. J. 200915 , 7863.

96. Sun, Y.; Hu, X. B.; Li, H. R.; Jalbout, A. F. Comput. Theor. Chem. 2011966 , 62.

97. Woggon, W. D. Acc. Chem. Res. 200538 , 127.

98. Luthra, A.; Denisov, I. G.; Sligar, S. G. Arch. Biochem. Biophys. 2011507 , 26.

99. Belal, R.; Momenteau, M.; Meunier, B. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1989412 .



6

QUASI-BORINIUM CATION BASED ON COBALT

BIS(DICARBOLLIDE): ITS LEWIS ACIDITY

AND C–H AND C–X BOND ACTIVATION

V. I. Bregadze

*

, I. B. Sivaev, I. D. Kosenko, I. A. Lobanova, Z. A. Starikova, and



I. A. Godovikov

A. N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds (INEOS), Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

6.1

INTRODUCTION

Acidity and basicity belong to the most important concepts in chemistry. There are several different definitions of acids

and bases available, but in Lewis theory they are specified in the most general terms as the electron-pair acceptors and

electron-pair donors, respectively [1]. The importance of Lewis’s conceptual approach is rooted in the fact that it can be

applied to compounds such as BF

3

and CO, which do not contain protons. An important family of compounds is given by



borane derivatives, which, because of the electron deficiency of the central boron atom having vacant p orbital, represent

Lewis acids par excellence. Highly Lewis-acidic borane derivatives play key roles as catalysts in organic synthesis [2, 3],

as activators for olefin polymerization organometallic precatalysts [4, 5], as sensors for detection of fluoride and cyanide

anions [6, 7], and as a component in frustrated Lewis pairs that promote activation of dihydrogen and other small molecules

[8, 9]. Much effort has been devoted to enhancing the Lewis acidity of boranes and thereby to improving their performance

for such applications.

An intriguing strategy for increasing the Lewis acidity is an enlargement of the cationic character of the boron atom by

removing the halide or its replacement by a stabilizing R

3

N group that enhances the reactivity of boron as electrophile [10].



The boron cations can be classified into three structural classes based on the coordination number at boron. Borinium

cations R

2

B

+



are 2-coordinate and typically are ligated by bulky and strongly

π-donating substituents that effectively

shield the boron cation from the solvent and anion. Borenium cations LR

2

B



+

are 3-coordinate species that comprise two

σ -bound substituents (R) and one dative interaction with a ligand (L) that serves to occupy a third coordination site as

well as to reduce some of the electron deficiency at boron. The third, and the most common, class of boron cations is that

of the tetrahedral, 4-coordinate boronium cations L

2

R



2

B

+



, with two coordination sites occupied by

σ -bound substituents

and the other two populated by neutral donor ligands.

The coordinative saturation at the boron center in boronium cations renders these species particularly stable and some

of them were proposed as novel electrolytes for rechargeable lithium batteries [11]. On the contrary, borenium cations with

weakly stabilizing substituents can be classified as superelectrophiles, combining a monocationic charge with an unoccupied

p orbital [12]. The unfilled p orbitals of the boron atom in borinium cations can become partially occupied as a result of

π-donation from covalently bound substituents, analogous to the isoelectronic allenes. Bidentate ligation of boron generates

a “chelate-restrained” borinium cation in which electrophilicity is enhanced by the nonlinear geometry at boron, resulting in

an empty boron p orbital that cannot be stabilized by ligand

π-donation. As result, such chelate-restrained borinium cations

are able to activate C–H bonds of arenes with the formation of arylboron derivatives [13].



Advances in Organometallic Chemistry and Catalysis: The Silver/Gold Jubilee International Conference on Organometallic Chemistry Celebratory Book,

First Edition. Edited by Armando J. L. Pombeiro.

© 2014 John Wiley & Sons, Inc. Published 2014 by John Wiley & Sons, Inc.


Download 11.05 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   115




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling