Cyclopropanes are common structures in biochemical system. Herein, we studied the Pd(II)-catalyzed asymmetric C–H activation/arylation of chiral directing group-bound cyclopropane with computational methods. Mechanistic study with DFT calculation suggested that oxidative addition (OA) step is responsible for rate-determining. The analysis the transition state structures of this step revealed that the noncovalent interactions among the functional groups stabilize the major product TS to induce the stereselectivity. Analyzing by partitioning interacting moieties, the dispersion interaction was found to be main factor of interaction between the cyclopropylene (Cp) moiety and the side chain. Other factors including electrostatic interaction also plays role in the interaction between Cp and phenyl moiety. The model where the side chain of isoleucine amide auxiliary is replaced to perfluoro-tert-butyl could enhance these noncovalent interactions by C–H···F–C contact. Hammett analysis with respect of the substituents on phenyl and cyclopronylene was performed. This analysis indicates that the electron-withdrawing substituent of para-substituted iodobenzene gives decreased selectivity, because of the decrease of π-electron density of Ph weakens the $\pi$⋅⋅⋅H–C($sp^3$) interaction.
사이클로프로페인은 생화학 시스템에서 흔한 구조이다. 팔라듐(II) 촉매를 사용한 손대칭성 지향기- 결합된 사이클로프로페인의 탄소–수소 결합의 비대칭적 활성화/아릴화 반응을 계산화학을 사용해 연구하였다. 밀도범함수이론 계산을 통한 메커니즘 연구를 통해 산화성 첨가 단계가 반응속도결정단계로 나타났다. 이 단계의 전이상태 구조를 분석을 통해 작용기 간의 비공유 상호작용이 주 생성물 반응경로의 전이상태를 안정화시켜 입체선택성을 유도함을 보였다. 상호작용하는 부분을 분할해 분석하여 분산력이 사이클로프로필렌(Cp) 부분과 곁사슬간 상호작용의 주된 원인임으로 나타났다. 사이클로프로필렌 부분과 페닐 부분의 상호작용에서는 정전기적 상호작용을 포함한 다른 상호작용도 참여한 것으로 나타났다. 아이소류신 아마이드 보조기의 곁사슬을 퍼플루오로-터셔리-뷰틸로 치환한 모델에서는 탄소–수소⋅⋅⋅불소–탄소의 접촉으로 비공유 상호작용이 증가함을 보였다. 파라 치환된 아이오도벤진의 해밋 분석을 통해 전자끄는 치환기가 선택성을 감소시키게 되며 이는 페닐의 파이 전자밀도의 감소가 파이⋅⋅⋅수소–탄소($sp^3$)의 상호작용을 감소시킴으로 인한 것임을 알아내었다.
