Phosphorylation régiosélective C−H pilotée électrochimiquement des métallocènes du groupe 8

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 3496 (2022) Citer cet article

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Les métallocènes sont des squelettes privilégiés pour la synthèse et la catalyse. Cependant, la fonctionnalisation déshydrogénative directe C−H des métallocènes asymétriques souffre de problèmes de réactivité et de sélectivité. Nous rapportons ici une phosphorylation régiosélective C−H pilotée électrochimiquement par des métallocènes du groupe 8. Des études mécanistiques indiquent que ce couplage croisé déshydrogénant se produit par une substitution radicalaire électrophile du métallocène par un radical phosphoryle, facilitée par le métallocène lui-même. Ce travail offre non seulement une synthèse efficace et divergente de métallocènes phosphorylés, mais fournit également un guide pour interpréter la réactivité et la régiosélectivité pour la fonctionnalisation C−H des métallocènes asymétriques.

Depuis sa découverte au début des années 19501,2,3,4,5, le ferrocène et ses dérivés métallocènes ont fait l'objet d'une large attention en raison de leurs vastes applications en physique6, en science des polymères7 et en médecine8, 9. En ce qui concerne la synthèse organique et la catalyse, le métallocène Les phosphines à base de phosphines se sont révélées être des ligands ou des catalyseurs privilégiés (Fig. 1a)10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20. Bien qu’il existe des méthodes bien établies pour la synthèse de métallocènes simples et non substitués, la construction de dérivés métallocènes substitués reste un défi. Deux approches générales ont été utilisées pour la synthèse de métallocènes substitués. La première stratégie est la coordination de précurseurs cyclopentadiényliques substitués avec le complexe métallique correspondant (Fig. 1b) 21,22,23. Bien que fiable, cette approche nécessite généralement la synthèse en plusieurs étapes de précurseurs cyclopentadiényliques substitués et de quantités stoechiométriques de bases fortes. La deuxième stratégie implique la fonctionnalisation C−H du métallocène. Ce dernier présente une meilleure économie d'étapes mais s'appuie sur des bases solides ou des groupes directeurs préinstallés24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38. Par conséquent, il est d’une grande importance de relever les défis liés au développement d’un protocole efficace et concis pour la construction de métallocènes substitués.

a Métallocènes représentatifs et leurs dérivés. b Stratégies générales de synthèse de métallocènes substitués et de leurs dérivés. c Défis de régiosélectivité dans la fonctionnalisation déshydrogénative directe de métallocènes asymétriques. d Ce travail : phosphorylation régiosélective C−H pilotée électrochimiquement des métallocènes du groupe 8.

Par rapport au complexe biscyclopentadiényle, la fonctionnalisation directe C−H des métallocènes indényles pose un défi supplémentaire en matière de régiocontrôle. Portant six liaisons sp2 C−H similaires sur le fragment indényle, le métallocène indényle 4-substitué est un substrat asymétrique représentatif pour la fonctionnalisation C−H (Fig. 1c). Théoriquement, six régioisomères possibles devraient se former. Nous proposons de développer un système pour contrôler la régiosélectivité par différenciation sélective de six liaisons sp2 C−H similaires. Basée sur le principe de conservation de masse, cette fonctionnalisation directe C−H générera un équivalent molaire d’hydrogène gazeux ou un sous-produit associé. Habituellement, un oxydant externe est nécessaire pour éliminer l’hydrogène. Parallèlement, la synthèse électrochimique39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51 est une méthode puissante pour faciliter les réactions de couplage croisé oxydatif52,53,54,55,56,57, 58 dans des conditions sans oxydant externe par oxydation anodique. En particulier, la phosphorylation électrochimique59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70 est apparue comme une approche complémentaire aux méthodes conventionnelles de formation de liaisons C−P.

Nous rapportons ici une phosphorylation régiosélective C−H efficace des métallocènes du groupe 8 (Fig. 1d). Ce protocole de couplage croisé oxydant présente une large portée de substrat et des conditions douces tout en évitant l’utilisation de groupes directeurs et d’oxydants externes.