Mecanismo da reação Masamune-Bergman. Parte 1.

A reação Masamune-Bergman(cite)10.1039/C29710001516(/cite),(cite)10.1021/ja00757a071(/cite) é um exemplo de uma classe altamente incomum de mecanismo químico(cite)10.1021/cr4000682(/cite) envolvendo o suposto formação das espécies birradicais mostradas como Int1 abaixo por ciclização de um reagente cicloenodiino. Tal espécie é tão reativa que será rapidamente capturada, como por exemplo pelo di-hidrobenzeno, para formar o produto last. Este cicloenediino não é apenas uma curiosidade química obscura, o motivo está incorporado no produto pure Caliqueamicinaque é um potente antibiótico antitumoral descoberto na década de 1980. Este medicamento deve a sua actividade à ciclização TS1 mostrado abaixo, que para n=2 ocorre na baixa temperatura de 310K. O birradical resultante Int1 é um potente abstrator de hidrogênio, as espécies agindo dessa forma para átomos de hidrogênio associados à desoxirribose do DNA, levando em última análise à cisão da fita. Embora eu tenha explorado muitos mecanismos neste weblog usando métodos computacionais, nunca incluí nenhum exemplo birradical. Aqui eu exploro os aspectos computacionais desta reação e também incluo um caminho que procede em relação a TS2-Int2 – TS3 em que a extracção de hidrogénio precede a ciclização, a fim de ver quão competitiva tal alternativa pode ser em função do tamanho do anel (n no esquema abaixo).

O procedimento computacional foi ωB97XD/Def2-TZVPP e os dados FAIR são coletados no DOI: 10.14469/hpc/14546 (citar)10.14469/hpc/14546(/citar). Um procedimento de spin irrestrito é adotado usando uma aproximação para permitir espécies biradicalóides, ou seja, uma primeira estimativa inicial da função de onda usando a palavra-chave palpite (misto) que mistura o que seria o HOMO e o LUMO da molécula em um sentido de casca fechado para permitir uma combinação que inclui um singleto de camada aberta com um elétron no HOMO e um elétron no LUMO (um biradical). Parte do objectivo desta abordagem é tentar descobrir se ela dá resultados razoáveis ​​para tal mecanismo. Apresentarei o operador de expectativa de spin 2> para ajudar a identificar birradicais. Para singletos de casca fechada tem o valor 0,0, para um birradical puro tem o valor 1,0. Assim para espécies Int1os valores são normalmente ~0,995 e para o TS1 anterior ~0,3 a 0,57. Cálculos de IRC (coordenada de reação intrínseca) para TS1 mostram uma transição suave dos valores de 2> = 0,0 (Reagente) até 1,0 (Int1).

Os resultados são mostrados abaixo para três valores de n, revelando que à medida que o tamanho do anel aumenta (terminando com um sistema acíclico Et₂) a barreira de energia livre aumenta significativamente, como de fato é relatado(cite)10.1039/C29710001516(/cite),(cite)10.1021/ja00757a071(/cite). A by way of alternativa que prossegue by way of TS2 é sempre mais elevada em energia livre e varia muito menos com o tamanho do anel. Esta by way of pode, portanto, ser firmemente excluída da disputa.

†2> =0,27. ^‡Produto Closing (n=2) = -620,327868 (-116,1 kcal/mol)

Esta modelagem computacional concorda em grande parte com as observações feitas para esta reação, com apenas uma inconsistência. Para n=2, a reação é relatada como ocorrendo a 37°C, para a qual uma barreira típica de energia livre estaria na região de ~24±2 kcal/mol,(cite)10.1021/ja00045a005(/cite) em torno de 9 kcal/mol inferior ao valor calculado neste nível de teoria. Isto pode originar-se de uma deficiência no modelo computacional, possivelmente no tratamento do caráter biradicalóide de casca aberta pelo uso de um modelo simples de spin irrestrito,(cite)10.1021/ja402445a(/cite) ou incursão de algum processo de energia mais baixa no mecanismo (envolvimento de radicais livres?). Continuarei investigando esta questão para ver se suas origens podem ser identificadas.

Na próxima parte deste weblog, investigarei o mecanismo aplicado a Caliqueamicina para ver como a natureza bicicloenediína mais complexa deste produto pure o afeta.

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