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Theoretical Study of Cu Carbenoids in C-H Activation Reactions: The Interplay between Metal Back-Donation and Electrophilicity of the Carbon
Indexado
WoS WOS:001506416600001
Scopus SCOPUS_ID:105007892552
DOI 10.1021/ACS.JPCA.5C02784
Año 2025
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



Our study is centered on the reactivity of copper(I) carbenoids in C-H activation reactions, particularly the role of the carbenoid carbon. The selective activation of inert C-H bonds, leading to the direct transformation of simple hydrocarbons into functionalized molecules, is a key area of organic chemistry research. Our theoretical density functional theory (DFT) study at the M06-2X/cc-PVTZ/LANL2DZ level provides insights into the catalytic C-H activation and alkyl insertion mechanisms using these copper(I) carbenoids. We analyze the effects of electron-donating (EDG: OH, CH3, and NH2) and electron-withdrawing groups (EWG: Cl, COOH, CN) on the reactivity, selectivity, and stability of copper carbenoids. Our systematic analysis using conceptual DFT (c-DFT), natural bond orbital (NBO), reaction force (RF), activation strain model (ASM), and energy decomposition analysis (EDA) reveals that the electronic nature of substituents significantly modulates the electrophilicity of the carbenoid carbon, thereby affecting the strength of the Cu-C alpha bond, reaction barriers, and the type of mechanism. We identify carbenoids substituted with balanced EDG/EWG pairs as optimal candidates, providing kinetically and thermodynamically favorable pathways for the selective C-H activation via electrophilic substitution involving a sigma-complex intermediate.

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Disciplinas de Investigación



WOS
Chemistry, Physical
Physics, Atomic, Molecular & Chemical
Scopus
Sin Disciplinas
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Gazzari-Jara, Sasha - Pontificia Universidad Católica de Chile - Chile
2 Herrera, Barbara - Pontificia Universidad Católica de Chile - Chile

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Financiamiento



Fuente
FONDEQUIP
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica
Fondecyt Regular
supercomputing infrastructure of the NLHPC
Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo
Cluster Faraday UTEM
Cluster Faraday UTEM (CONICYT- FONDEQUIP)
ANID Fellowship Program Doctorado Nacional

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Agradecimientos



Agradecimiento
BH wants to thank ANID by the project Fondecyt Regular 1250401 and 1241224, SGJ thanks the ANID Fellowship Program Doctorado Nacional 2024-21240523. This research was supported by the Cluster Faraday UTEM (CONICYT- FONDEQUIP - EQM180180), Powered@NLHPC: This research was partially supported by the supercomputing infrastructure of the NLHPC (CCSS210001).
BH wants to thank ANID by the project Fondecyt Regular 1250401 and 1241224, SGJ thanks the ANID Fellowship Program Doctorado Nacional 2024-21240523. This research was supported by the Cluster Faraday UTEM (CONICYT- FONDEQUIP \u2013 EQM180180), Powered@NLHPC: This research was partially supported by the supercomputing infrastructure of the NLHPC (CCSS210001).

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