Eliminación del Cope: elucidación de los efectos del disolvente a partir de las simulaciones de QM/MM

Área de la Ciencia:

• Química computacional es la química computacional.
• Mecanismos de reacción orgánica.
• La Dinámica de la Solvación

Sus antecedentes:

• La eliminación de Cope es una reacción crucial en la síntesis orgánica.
• Comprender los efectos del disolvente es clave para controlar las velocidades y los resultados de la reacción.
• Estudios anteriores han explorado los efectos del disolvente, pero faltaba una visión mecanicista detallada de las grandes aceleraciones de velocidad en disolventes aproticos.

Objetivo del estudio:

• Para investigar las reacciones de eliminación Cope de threo- y eritro-N,N-dimetil-3-fenil-2-butilamina óxido.
• Para dilucidar las aceleraciones significativas de la velocidad observadas en disolventes aproticos (THF, DMSO) en comparación con el agua.
• Para analizar el papel de la solvación en los reactivos, estados de transición y cinética de reacción.

Principales métodos:

• Cálculos de mecánica cuántica/mecánica molecular (QM/MM) en varios disolventes.
• Potenciales bidimensionales de fuerza media (PMF) derivados de simulaciones de Monte Carlo con Perturbación de Energía Libre (MC/FEP).
• Cálculos ab initio utilizando MP2/6-311+G-(2d,p) con el modelo de disolvente continuo PCM para la comparación.

Principales resultados:

• Los cálculos QM/MM reproducían con precisión la aceleración de la velocidad de un millón de veces en disolventes apróticos, a diferencia de los métodos ab initio con PCM.
• Se identificó una menor disolución del reactivo en disolventes apróticos como la causa principal de la mejora de la velocidad.
• El análisis de las funciones de distribución radial mostró una reducción de la unión de hidrógeno entre el oxígeno de óxido de amina y las moléculas de disolvente en medios apróticos.

Conclusiones:

• El enfoque QM / MM / MC, utilizando PDDG / PM3 para QM, es altamente efectivo para predecir cuantitativamente las tasas de reacción y los efectos de solvación.
• La dinámica de disolución, particularmente la disminución de la unión de hidrógeno, juega un papel crítico en la aceleración de las reacciones de eliminación de Cope en disolventes aproticos dipolares.
• Este estudio proporciona una comprensión mecanicista detallada de los efectos de los disolventes en el óxido de aminas.