Back to Search Start Over

Can a pentamethylcyclopentadienyl ligand act as a proton-relay in f-element chemistry? Insights from a joint experimental/theoretical study

Authors :
Carol J. Burns
Christos E. Kefalidis
Richard A. Andersen
Laurent Maron
David J. Berg
Lionel Perrin
Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires (ICBMS)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-École Supérieure Chimie Physique Électronique de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Los Alamos National Laboratory (LANL)
University of Victoria [Canada] (UVIC)
Department of Chemistry [Berkeley]
University of California [Berkeley]
University of California-University of California
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Lyon-Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
University of California [Berkeley] (UC Berkeley)
University of California (UC)-University of California (UC)
Source :
Dalton Transactions, Dalton Transactions, Royal Society of Chemistry, 2015, 44 (6), pp.2575-2587. ⟨10.1039/C4DT02387K⟩, Dalton Transactions, 2015, 44 (6), pp.2575-2587. ⟨10.1039/C4DT02387K⟩
Publication Year :
2015
Publisher :
Royal Society of Chemistry (RSC), 2015.

Abstract

Isomerisation of buta-1,2-diene to but-2-yne by (Me(5)C(5))(2)Yb is a thermodynamically favourable reaction, with the Δ(r)G° estimated from experimental data at 298 K to be -3.0 kcal mol(-1). It proceeds in hydrocarbon solvents with a pseudo first-order rate constant of 6.4 × 10(-6) s(-1) and 7.4 × 10(-5) s(-1) in C(6)D(12) and C(6)D(6), respectively, at 20 °C. This 1,3-hydrogen shift is formally forbidden by symmetry and has to occur by an alternative pathway. The proposed mechanism for buta-1,2-diene to but-2-yne isomerisation by (Me(5)C(5))(2)Yb involves coordination of methylallene (buta-1,2-diene) to (Me(5)C(5))(2)Yb, and deprotonation of methylallene by one of the Me(5)C(5) ligands followed by protonation of the terminal methylallenyl carbon to yield the known coordination compound (Me(5)C(5))(2)Yb(η(2)-MeC[triple bond, length as m-dash]CMe). Computationally, this mechanism is not initiated by a single electron transfer step, and the ytterbium retains its oxidation state (II) throughout the reactivity. Experimentally, the influence of the metal centre is discussed by comparison with the reaction of (Me(5)C(5))(2)Ca towards buta-1,2-diene, and (Me(5)C(5))(2)Yb with ethylene. The mechanism by which the Me(5)C(5) acts as a proton-relay within the coordination sphere of a metal also rationalises the reactivity of (i) (Me(5)C(5))(2)Eu(OEt(2)) with phenylacetylene, (ii) (Me(5)C(5))(2)Yb(OEt(2)) with phenylphosphine and (iii) (Me(5)C(5))(2)U(NPh)(2) with H(2) to yield (Me(5)C(5))(2)U(HNPh)(2). In the latter case, the computed mechanism is the heterolytic activation of H(2) by (Me(5)C(5))(2)U(NPh)(2) to yield (Me(5)C(5))(2)U(H)(HNPh)(NPh), followed by a hydrogen transfer from uranium back to the imido nitrogen atom using one Me(5)C(5) ligand as a proton-relay. The overall mechanism by which hydrogen shifts using a pentamethylcyclopentadienyl ligand as a proton-relay is named Carambole in reference to carom billiards.

Details

ISSN :
14779234 and 14779226
Volume :
44
Database :
OpenAIRE
Journal :
Dalton Transactions
Accession number :
edsair.doi.dedup.....bee4eaff8ebf02c220ff70f3bb35b603
Full Text :
https://doi.org/10.1039/c4dt02387k