氧化加成反應是有機金屬化學中重要的反應之一。氧化加成反應會使金屬中心的氧化數及配位数都增加。氧化加成反应通常是催化循环的步骤之一,并且往往与其逆反应还原消除共同进行。
在有機金屬化學中的角色
对于過渡金屬,其氧化加成反應会使得金属中心的氧化态升高,最常见的情况下,金属的氧化态会升高二价。当金属中心有空的配位点,并且满足: (1)金屬為鹼性 或 (2) 金屬容易被氧化的条件时,氧化加成往往容易发生。低氧化态的金属往往满足其中一个条件,但高氧化態的金屬也可能发生氧化加成,例如以下Pt(II)被氯氧化:
:[PtCl4]2− + Cl2 → [PtCl6]2−
在以上反應中,金屬的氧化態以及配合物的電子數都增加了2,但某些氧化加成反應也可能是通过单电子转移的方式发生的。氧化加成可以在金屬中心插入許多不同的配體,但最常見的是H–H鍵、H–X鍵和C–X鍵。
還原消除是氧化加成的逆反應。若还原消除新生成的化学键很強,则还原消除容易发生。还原消除要求金属中心上的两个配体之间相互临近,还原消除是在一个完整的催化循环中得到目标产物的关键步骤。,进而发生对碳氢键的氧化加成,从而实现C-H键的活化。
以Vaska配合物 trans-IrCl(CO)[P(C6H5)3]2 和与氫的氧化加成举例。氧化加成后的得到的配合物中配體中包含三個陰離子:一个Cl−及二個H−,因此形式上金属中心由 Ir(I) 被氧化为 Ir(III)。反應物的金屬配合物有16個價電子,其配位數為4,而反應後有18個價電子,其配位數為6。
:
在形成双三角锥形雙氫中間體之後,由于金属中心的d電子对H–H σ*-轨道的反馈削弱了H-H键,因此这根化学键容易发生断裂,进而加成到金属中心上。反应处于化学平衡中,其逆反應是和金屬中心发生还原消除,并从配合物中解离出一份子氢气。
由于在反应过程中,金属中心提供電子到H–H σ*-轨道以削弱H-H键,因此富电子的金属将更容易发生氧化加成:
;引发
:[[偶氮二异丁腈|[(CH3)2C(CN)N]2]] → 2 (CH3)2(CN)C• + N2
:(CH3)2(CN)C• + PhBr → (CH3)2(CN)CBr + Ph•
;增長
:Ph• + [Pt(PPh3)2] → [Pt(PPh3)2Ph]•
:[Pt(PPh3)2Ph]• + PhBr → [Pt(PPh3)2PhBr] + Ph•
應用
氧化加成反應及還原消除反應出現在許多有均相催化劑參與的反應中,例如氢化、氢甲酰化反应、反應等。
參考
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