Computational Design for Enantioselective CO2 Capture: Asymmetric Frustrated Lewis Pairs in Epoxide Transformations

Supplementary Information - Computational Design for Enantiose-1 lective CO2Capture: Asymmetric Frustrated Lewis Pairs in Epoxide2 Transformations3 Maxime Ferrer∗1, Iñigo Iribarren2, Tim Renningholtz3, Ibon Alkorta1and Cristina Trujillo∗3 4 Address: 1Instituto de Química Médica (CSIC), Juan de la Cierva, 3, 28006 Madrid, Spain;5 2Munich and 3Department of Chemistry, The University of Manchester, Oxford Road, Manchester,6 M13 9PL, UK7 Email: Maxime Ferrer - maxime.fer[email protected]; Cristina Trujillo - [email protected] ∗Corresponding author9 SI Online10 The outputs of the calculations presented can be found at the following link: https://doi.org/11 10.5281/zenodo.12633864 https://zenodo.org/uploads/12633864?token=eyJhbGciOiJIUzUxMiJ9.12 eyJpZCI6IjQyYjYxNWRjLWQ4YjEtNDYxMS04MjUxLTgxOGU1NmU2MmIyOSIsImRhdGEiOnt9LCJyYW5kb20iOiJmNTE0NmYwMGU0ZjExYTQ3OTU5NTZjODYwOTM4MDMyZiJ9.13 WLPl-XNIErpS5wfHiF3u4vUXM59u9DXg8FlqAp6fka5wjee4uBcBg9d2aK-0MmDeVO-v2OL4MUvNDJa2fMFNuA14 List of Figures15 S1 Free-energy profiles of the capture of CO2 (pink) and epoxide (E) (dark) by FLP . . III16 S2 Free energy of the adduct formed between CO2and the different FLP scaffolds . . . IV17 S3 FIA and PA of the LA and LB respectively in kJ.mol−1for the different scaffold and18 substituents ....................................... V19 S4 Reactionprofileforfamily5 .............................. V20 S5 IRC of the asymmetric (R)-TS (left) and (S)-TS (right). The zero energy was set to21 be the sum of the CO2adduct energy plus the energy of the epoxide isolated. . . . . . VIII22 I List of Tables23 S1 Energies of the first TS (FLP/E) for the capture of different epoxide by a FLP. . . . . IV24 S2 Energy matrix for families 1 and 2. The energies are given in kcal.mol−1. A grey25 cell means that the stationary point does not exist for the considered catalyzed reaction. VI26 S3 Energy matrix for families 1 and 2. The energies are given in kcal.mol−1. A grey27 cell means that the stationary point does not exist for the considered catalyzed reaction. VII28 II Figure S1: Free-energy profiles of the capture of CO2 (pink) and epoxide (E) (dark) by FLP III Table S1: Energies of the first TS (FLP/E) for the capture of different epoxide by a FLP. Substituent on the epoxide E(TS) (Hartree) Erel(TS) (kJ/mol) H -2751.723076 63.2 CH3-2979.688861 69.3 Ph -3171.518481 69.6 tBU -3097.689750 74.7 Figure S2: Free energy of the adduct formed between CO2and the different FLP scaffolds IV Figure S3: FIA and PA of the LA and LB respectively in kJ.mol−1for the different scaffold and substituents Figure S4: Reaction profile for family 5 V Table S2: Energy matrix for families 1 and 2. The energies are given in kcal.mol−1. A grey cell means that the stationary point does not exist for the considered catalyzed reaction. [] Family LB Substituent FLP PTS01 TS01 P1 PTS12/PTS13 TS12/TS13 P2 TS23 P3 TS34 P4 PROD H_H 0 29,7 36,1 25,1 29,6 78,8 24,8 24,8 20,4 -8,2 CH3_H 0 5,8 12,4 2,9 6,9 53,9 -16,0 49,2 1,0 0,9 -3,9 -8,2 Ph_H 0 11,7 29,1 28,9 33,0 47,8 2,8 -8,2 C5_H 0 32,2 38,0 25,8 30,1 76,1 7,3 72,9 25,3 25,7 22,9 -8,2 H_CF3 0 46,7 49,1 27,0 31,4 74,8 20,9 23,2 20,7 -8,2 CH3_CF3 0 39,9 41,0 21,5 26,2 62,2 16,3 18,8 16,6 -8,2 Ph_CF3 0 19,4 23,7 18,4 23,3 30,6 -6,8 -8,2 1 N C5_CF3 0 42,9 45,2 22,2 25,6 66,2 17,8 19,8 18,2 -8,2 H_H 0 25,3 33,7 25,3 28,1 25,6 25,6 25,6 8,3 -8,2 CH3_H 0 26,6 34,3 19,0 23,2 19,1 0,6 61,5 19,1 27,9 18,0 -8,2 Ph_H 0 3,8 13,5 1,6 4,6 53,6 0,4 4,9 -6,8 -8,2 C5_H 0 23,7 32,7 18,3 21,6 17,9 -1,2 59,9 17,9 26,7 16,3 -8,2 H_CF3 0 32,0 41,5 23,6 24,6 19,2 19,2 13,5 10,2 -8,2 CH3_CF3 0 41,1 47,0 17,8 19,6 68,7 13,7 27,4 22,6 -8,2 Ph_CF3 0 4,6 10,2 -15,6 -12,7 35,8 -20,1 -11,0 -15,5 -8,2 1 P C5_CF3 0 40,4 46,5 16,9 19,4 68,8 13,8 27,2 20,9 -8,2 H_H 0 2,6 9,2 -1,6 3,5 36,7 -22,7 44,1 0,9 4,9 -3,9 -8,2 CH3_H 0 0,0 8,0 -3,5 1,6 47,3 -24,3 42,1 0,3 2,8 -5,5 -8,2 Ph_H 0 4,0 17,0 11,1 15,2 60,8 -10,4 56,2 12,0 13,0 -1,5 -8,2 H_CF3 0 2,2 9,7 -8,4 -3,3 42,8 -29,8 37,2 -8,3 -3,2 -9,0 -8,2 CH3_CF3 0 0,7 6,2 -9,6 -4,3 41,2 -30,4 36,7 -7,7 -4,5 -6,4 -8,2 2 N Ph_CF3h 0 5,1 15,1 5,2 9,3 54,6 -16,6 51,4 4,1 5,5 -6,4 -8,2 H_H 0 5,4 12,8 5,6 9,8 53,4 14,0 25,5 7,1 14,1 -0,2 -8,2 CH3_H 0 4,3 8,6 -3,9 0,2 44,7 12,9 19,9 -1,4 9,9 -1,6 -8,2 Ph_H 0 5,2 10,5 -0,7 3,7 47,8 18,6 21,5 0,8 10,1 -0,8 -8,2 H_CF3 0 7,1 16,8 -1,2 3,7 45,6 6,8 19,9 -0,8 6,9 -2,8 -8,2 CH3_CF3 0 2,9 9,5 -12,3 -8,2 35,9 3,8 12,1 -11,7 1,0 -6,1 -8,2 2 P Ph_CF3 0 5,8 14,5 -6,6 -2,4 41,4 11,3 15,9 -7,4 3,7 -3,2 -8,2 VI Table S3: Energy matrix for families 1 and 2. The energies are given in kcal.mol−1. A grey cell means that the stationary point does not exist for the considered catalyzed reaction. [] FFamily LB Substituent FLP PTS01 TS01 P1 PTS12/PTS13 TS12/TS13 P2 TS23 P3 TS34 P4 PROD H_H 0 -2,5 10,9 3,6 4,4 54,5 0,8 1,6 -9,3 -8,2 C5_H 0 3,6 16,5 6,7 10,6 34,6 6,1 7,3 -3,4 -8,2 H_CF3 0 5,2 10,7 -8,0 -8,5 37,5 -13,4 -12,9 -19,0 -8,2 3 N C5_CF3 0 6,7 16,7 -7,7 -2,8 37,3 -13,5 -7,9 -11,1 -8,2 H_H 0 0,9 14,8 3,8 7,8 48,1 9,4 25,0 2,9 4,3 -10,0 -8,2 CH3_H 0 3,6 11,3 -11,4 -8,5 37,0 -34,7 28,8 -10,9 -1,0 -5,2 -8,2 C5_H 0 4,5 11,1 -10,0 -7,8 37,7 -33,3 30,2 -9,4 0,3 -4,4 -8,2 H_CF3 0 17,3 23,3 1,5 3,0 43,7 5,6 89,2 -3,7 0,4 -5,6 -8,2 CH3_CF3 0 33,1 34,6 -3,4 0,7 44,6 -26,2 36,8 -7,8 8,5 9,7 -8,2 3 P C5_CF3N 0 30,9 34,8 -3,1 0,1 43,8 -26,3 37,2 -6,0 8,6 10,9 -8,2 H_H 0 4,1 24,5 16,0 15,9 67,2 13,8 14,0 3,8 -8,2 Ph_H 0 3,7 26,2 24,5 30,1 45,8 -1,5 -8,2 C5_H 0 3,4 24,8 14,3 19,2 43,3 13,5 15,8 -4,5 -8,2 H_CF3 0 4,8 23,4 7,0 6,5 52,7 1,8 1,8 -6,4 -8,2 CH3_CF3 0 4,5 26,5 2,9 7,9 49,2 -1,9 0,9 -1,9 -8,2 Ph_CF3 0 -8,3 9,6 1,6 7,2 20,7 -18,5 -8,2 4 N C5_CF3 0 4,6 26,4 4,3 9,4 51,6 -0,5 4,0 -0,3 -8,2 H_H 0 3,7 17,8 3,3 6,6 50,3 10,9 27,6 2,7 4,6 -7,1 -8,2 CH3_H 0 3,8 12,2 -13,6 -9,6 36,2 -32,1 30,1 -13,4 -2,9 -5,5 -8,2 Ph_H 0 -2,0 5,9 -8,7 -3,5 40,6 -27,0 35,5 -9,8 -3,3 -7,5 -8,2 C5_H 0 4,3 14,1 -11,6 -7,0 37,8 -30,1 32,7 -10,1 -1,0 -4,6 -8,2 H_CF3 0 4,8 10,8 -10,7 -7,5 32,6 -3,0 12,0 -14,7 -10,8 -18,3 -8,2 CH3_CF3 0 4,1 8,4 -28,3 -23,7 20,5 -47,3 14,2 -31,3 -18,2 -16,9 -8,2 Ph_CF3 0 3,7 10,3 -23,3 -19,1 20,2 -26,5 -17,0 -17,0 -8,2 4 P C5_CF3 0 3,6 10,0 -25,5 -22,6 22,2 -45,1 16,8 -28,2 -15,8 -15,0 -8,2 VII Figure S5: IRC of the asymmetric (R)-TS (left) and (S)-TS (right). The zero energy was set to be the sum of the CO2adduct energy plus the energy of the epoxide isolated. VIII