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Previous issue date: 2015-11-27 / Realizamos estudos do mecanismo, da seletividade e regiosseletividade da metilação de
nitronatos [R1R2CNO2]− com CH3I, em que R1 = R2 = H (1), R1 = CH3 e R2 = H (2), R1 = R2 =
CH3 (3); e R1 + R2 = c-(CH2)2 (4), usando método quântico ab initio MP2/CBS método e as
teorias ADO e RRKM e simulações numéricas. As estruturas de todos os pontos estacionário no
perfil da reação, incluindo os estados de transição, foram obtidas com sucesso e forneceram as
energias de ativação (Δ‡) e de reacção (Δr) para todos os caminhos reacionais. Estas reações
iniciam com a formação de complexo de reagente do tipo íon-molécula (RC@C ou RC@O) que
se converte no respectivo complexo de produto (PC@C e PC@O), através do estado de transição
(TS@C e TS@O) correspondente. As constantes de velocidade para a conversão do RC ao PC
foram calculadas com a teoria RRKM. Ao contrário da proposta da literatura para o mecanismo
de reação, a C-metilação é a via termodinâmica e cinética preferencial, com as seguintes
seletividades: PC@C:PC@O = 89:11 (1), 97:03 (2-E), 97:03 (2-Z), 100:0 (3) e 100:0 (4). Isto é
corroborado pela concordância qualitativa e quantitativa entre a ordem da reatividade calculada e
experimental: 4 >> 3 > 2 > 1. A regiosseletividade para a C-alquilação é explicada pela maior
exotermicidade desse canal de reação em comparação com a O-alquilação. O aumento da
reatividade com o aumento do impedimento estérico ao redor do carbono central é explicado
pelas diferenças de carácter sp3 deste átomo e pela diminuição da frequência vibracional
associada à piramidalização ao redor deste átomo de carbono. Uma avaliação de funcionais
híbridos- e duplo-híbrido DFT e do método MP2 para estas reações foi realizada a fim de
verificar a confiabilidade e precisão destes métodos e sua utilização em modelagens similares. Os
métodos mais precisos e robustos, que apresentam menor demanda computacional, foram M06-
2X and MP2 com as funções de base aug-cc-pVTZ-PP.
A fim de revelar os efeitos solvente e do agente alquilante, a metilação do nitronato
[MeCHNO2]− (2) com Me3O+ (oxônio) foi estudada em fase gás e em solução com o método
B2PLYP/6-311+G(d,p). Os resultados mostraram regiosseletividade para a O-metilação em fase
gás e principalmente em solução (diclorometano), o que concorda com os dados experimentais. Além disso, eles mostram que a regiosseletividade é fortemente dependente do agente alquilante
(MeI vs. Me3O+). Este mesmo método foi utilizado para as reações [XC6H4CHNO2]− + MeCl (X
= H, p-MeO, p-NO2) em fase gás e em solução (DMF). Os resultados em solução mostram uma
pequena seletividade favorável à O-metilação, contudo, considerando que o agente metilante
usado experimentalmente era o metil-p-bromobenzenossulfonato (MeOBS), o qual é muito mais
reativo que o MeCl, é esperado que a utilização do MeOBS nas modelagens moleculares deva
aumentar esta regiosseletividade para a O-metilação. / We performed a mechanistic, selectivity and regioselectivity study of methylation of nitronates
[R1R2CNO2]− by CH3I in the gas-phase, where R1 = R2 = H (1), R1 = CH3 and R2 = H (2), R1 =
R2 = CH3 (3); and R1 + R2 = c-(CH2)2 (4), using ab initio MP2/CBS method, ADO and RRKM
theories and kinetics simulations. The structures of all stationary points, including transition
states, were successfully obtained to provide energies of activation (Δ‡) and of reaction (Δr)
for all reaction pathways. These reactions proceed with the formation of ion-neutral reactant
complex (RC@C or RC@O) that is converted into the respective product complex (PC@C and
PC@O) through the corresponding transition state (TS@C and TS@O). The rate constants for
the conversion of RCs into PCs were calculated with the RRKM theory. Contrary to a previous
proposal for the reaction mechanism, the C-methylation is the thermodynamics and kinetics
preferred pathway with the following PC@C:PC@O selectivites 89:11 (1), 97:03 (2-E), 97:03 (2-
Z), 100:0 (3), and 100:0 (4). This is corroborated by the agreement between the calculated and
experimental reactivity trend 4 >> 3 > 2 > 1. The regioselectivity towards the C-alkylation is
explained by the much larger exothermicity of this reaction channel compared to the Oalkylation.
The increase of reactivity upon the increase of crowdedness of the central carbon
atom is explained by differences of sp3 character at this atom and the decrease of the vibrational
frequency associated with pyramidalization around this carbon atom. An assessment of hybrid-
DFT functionals and MP2 method for these reactions was performed in order to ascertain the
reliability of these methods for similar molecular modeling. The most accurate and robust
methods, with the least computational demand, were M06-2X and MP2 with aug-cc-pVTZ-PP
basis sets.
In order to reveal the solvent and alkylating agent effects, the methylation reaction [MeCHNO2]−
(2) + Me3O+ (oxonium) was studied in the gas-phase and in solution with B2PLYP/6-311+G(d,p)
calculations. The results show regioselectivity towards O-methylation in the gas-phase and more
significantly in solution (dichloromethane), which is in agreement with the experimental
observation. In addition, it shows that the regioselectivity is highly dependent upon the reactivity
of the alkylating agent (MeI vs. Me3O+). This same method was employed for the
[XC6H4CHNO2]− + MeCl (X = H, p-MeO, p-NO2) reactions in the gas-phase and in solution
(DMF). The results in solution show a slight regioselectivity towards O-methylation; however, considering that the methylating reagent used in the experiments was methyl pbromobenzenesulfonate
(MeOBS), which is much more reactive than MeCl, it should thus be
expected an increase of the calculated selectivity.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/16946 |
| Date | 27 November 2015 |
| Creators | Mahmood, Ayyaz |
| Contributors | http://lattes.cnpq.br/1289512724651335, Longo, Ricardo Luiz |
| Publisher | Universidade Federal de Pernambuco, Programa de Pos Graduacao em Quimica, UFPE, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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