Nickel(II) Complexes of Pentadentate N5 Ligands as Catalysts for Alkane Hydroxylation by Using m-CPBA as Oxidant: A Combined Experimental and Computational Study

Chemistry - A European Journal by Muniyandi Sankaralingam, Mani Balamurugan, Mallayan Palaniandavar, Prabha Vadivelu, Cherumuttathu H. Suresh / 6h // keep unread // hide // preview

Abstract

A new family of nickel(II) complexes of the type [Ni(L)(CH₃CN)](BPh₄)₂, where L=N-methyl-N,N′,N′-tris(pyrid-2-ylmethyl)-ethylenediamine (L1, 1), N-benzyl-N,N′,N′-tris(pyrid-2-yl-methyl)-ethylenediamine (L2, 2), N-methyl-N,N′-bis(pyrid-2-ylmethyl)-N′-(6-methyl-pyrid-2-yl-methyl)-ethylenediamine (L3, 3), N-methyl-N,N′-bis(pyrid-2-ylmethyl)-N′-(quinolin-2-ylmethyl)-ethylenediamine (L4, 4), and N-methyl-N,N′-bis(pyrid-2-ylmethyl)-N′-imidazole-2-ylmethyl)-ethylenediamine (L5, 5), has been isolated and characterized by means of elemental analysis, mass spectrometry, UV/Vis spectroscopy, and electrochemistry. The single-crystal X-ray structure of [Ni(L3)(CH₃CN)](BPh₄)₂ reveals that the nickel(II) center is located in a distorted octahedral coordination geometry constituted by all the five nitrogen atoms of the pentadentate ligand and an acetonitrile molecule. In a dichloromethane/acetonitrile solvent mixture, all the complexes show ligand field bands in the visible region characteristic of an octahedral coordination geometry. They exhibit a one-electron oxidation corresponding to the Ni^II/Ni^III redox couple the potential of which depends upon the ligand donor functionalities. The new complexes catalyze the oxidation of cyclohexane in the presence of m-CPBA as oxidant up to a turnover number of 530 with good alcohol selectivity (A/K, 7.1–10.6, A=alcohol, K=ketone). Upon replacing the pyridylmethyl arm in [Ni(L1)(CH₃CN)](BPh₄)₂ by the strongly σ-bonding but weakly π-bonding imidazolylmethyl arm as in [Ni(L5)(CH₃CN)](BPh₄)₂ or the sterically demanding 6-methylpyridylmethyl ([Ni(L3)(CH₃CN)](BPh₄)₂ and the quinolylmethyl arms ([Ni(L4)(CH₃CN)](BPh₄)₂, both the catalytic activity and the selectivity decrease. DFT studies performed on cyclohexane oxidation by complexes 1 and 5 demonstrate the two spin-state reactivity for the high-spin [(N5)Ni^IIO^.] intermediate (ts1_hs, ts2_doublet), which has a low-spin state located closely in energy to the high-spin state. The lower catalytic activity of complex 5 is mainly due to the formation of thermodynamically less accessible m-CPBA-coordinated precursor of [Ni^II(L5)(OOCOC₆H₄Cl)]⁺ (5 a). Adamantane is oxidized to 1-adamantanol, 2-adamantanol, and 2-adamantanone (3°/2°, 10.6–11.5), and cumene is selectively oxidized to 2-phenyl-2-propanol. The incorporation of sterically hindering pyridylmethyl and quinolylmethyl donor ligands around the Ni^II leads to a high 3°/2° bond selectivity for adamantane oxidation, which is in contrast to the lower cyclohexane oxidation activities of the complexes.

Interesting, interesting! Nickel(II) complexes with a strong π-backbonding ligand act as efficient catalysts for the oxidation of alkanes (see figure, m-CPBA=m-chloroperbenzoic acid) by stabilizing the NiO^. intermediate, whereas those with a better σ-donor ligand act as less efficient catalysts by destabilizing the reactive intermediate. The computed mechanism for cyclohexane hydroxylation reveals that a high-spin (S=3/2) [(L1/L5)Ni^IIO^.]⁺ species is the ground state.

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雑誌会（200115）回答_藤田

Ligand Redox Noninnocence in [Co III (TAML)] 0/– Complexes Affects Nitrene Formation Nicolaas P. van Leest, Martijn A. Tepaske, Jean-Pierre H. Oudsen, Bas Venderbosch, Niels R. Rietdijk, Maxime A. Siegler, Moniek Tromp, Jarl Ivar van der Vlugt, and Bas de Bruin DOI: 10.1021/jacs.9b11715 J . Am. Chem. Soc. ASAP 訂正雑誌会スライド８、９枚目の [Co III (TAML sq )] – の有効磁気モーメントの数値が [Co III (TAML red )] – のものになっていましたので、訂正致します。誤： µ eff = 2.94 µ B ( S =1/2) 正： µ eff = 1.88 µ B ( S =1/2) Evans 法 NMR によって常磁性化合物の磁化率を求める方法。以下の式1– 5によって磁化率、有効磁気モーメントおよびスピン量子数 S が得られる。以下は Supporting Information の記述である。 1. 常磁性種、内部標準を含んだ溶液を入れた NMR チューブの中に、内部標準だけを含んだ溶液を入れたキャピラリーを入れ、 NMR を測定する。 2. 内部標準のピークのシフト幅 Δν から磁化率 χ (cm 3 g -1 )を計算する（式１）。 1 (ν 0 : 共鳴周波数、 c : 常磁性種の濃度、 M : 常磁性種のモル質量 ) 3. 磁化率 χ に M を掛けることで、モル磁化率 χ M (cm 3 mol -1 )を計算する（式２）。 ...

A low-spin Fe(iii) complex with 100-ps ligand- to-metal charge transfer photoluminescence

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Investigating the Underappreciated Hydrolytic Instability of 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene and Related Unsaturated Nitrogenous Bases

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Daniel Langford, Inigo Göttker-Schnetmann, Florian P. Wimmer, Larissa A. Casper, Philip Kenyon, Rainer F. Winter, Stefan Mecking* Publication Date:July 3, 2019 https://doi.org/10.1021/acs.organomet.9b00332 Copyright © 2019 American Chemical Society Organometallics の論文です。ニッケル触媒の仕事、というよりカウンターアニオンとして新たに合成された、ペンタフルオロスルファニル基（-SF6）を有するボレートが渋いので、紹介します。近年、トリフルオロメチル基は高い電子求引性を有する置換基として大活躍していますが、同様に高い電子求引性を有するSF6基は、"スーパー"トリフルオロメチル基としての地位を確立しつつあるそうです。我々のグループでもよく用いているテトラフェニルボレートアニオン（BPh4-）は、優れた対アニオンですが、酸化剤と反応してしまうこともあることが知られています。カーリンらのグループ？からは、フェニル基の3,5位に、電子求引性の高いCF3を導入した錯体を用いると、活性種の安定性が大きく変わることを報告しているようです。このようなアニオンはBArFと呼ばれて親しまれています（下図左）。本論文で著者らは、対応するグリニャール試薬とBCl3を反応させることで、下図右のカウンターアニオン、S-BArFを新たに合成しています。高い電子求引性による電荷の分散効果と、立体によるホウ素中心への攻撃の阻害が期待されます。 250°Cくらいまで、熱には安定なようです。筆者らは、ニッケル錯体の対アニオンとしてこのアニオンを利用したところ、重合触媒活性があがったと報告しています。ニッケル錯体と、対アニオンの相互作用が小さいこと、対アニオンの安定性が高いことなどの理由があると思います（このあたりはちゃんと読んでいません）。計算したところ、HOMOの非局在化具合はBArF、S-BArFとあまり変わらない（それぞれ、92%、93%）ようですが、LUMOがS-BArFで...

High-Energy-Resolution Fluorescence-Detected X‑ray Absorption of the Q Intermediate of Soluble Methane Monooxygenase

Rebeca G. Castillo,† Rahul Banerjee,‡ Caleb J. Allpress,§ Gregory T. Rohde,§ Eckhard Bill,† Lawrence Que, Jr.,*,§ John D. Lipscomb,*,‡ and Serena DeBeer*,† † Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion, Stiftstrasse 34-36, D-45470 Mülheim an der Ruhr, Germany ‡ Department of Biochemistry, Molecular Biology, and Biophysics and § Department of Chemistry, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota 55455, United States http://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b09560 HERFD XASを用いて、sMMOの活性部位の構造について議論しています。まだ実験、計算が必要だが、オープンコアの構造を有していると著者らは述べています。

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