Asymmetric cyclopropanation via catalysts incorporating the 1,4-diol ligands and the newly designed dioxaborolane /

The development of new methodology for the asymmetric synthesis of chiral organic compounds is a major focus in modem organic chemistry. The use of chiral catalysts is replacing chiral auxiliaries as a new tool for synthetic chemists. An efficient chiral catalyst allows for large quantities of optically active product to be obtained on use of relatively small amount of enantiopure material, without the need for the removal and recovery of a chiral auxiliary. Furthermore, the most practical catalytic methods utilize an inexpensive and readily available chiral ligand that can provide high and predictable enantioselectivity across a wide range of substrates. In our project, two type of versatile, upgraded chiral ligands have been designed and synthesized. Their application in Simmons-Smith type cyclopropanation is investigated, and the pleasing results suggest that they are the potential catalytic enantioselective candidates to build C-C bonds.

Sels de tétraarylphosphonium : synthèse et application à la synthèse de la (–)-coniine ; capacité trans-directrice du groupement amide en cyclopropanation d’oléfines

Le développement ainsi que l’amélioration des différentes techniques de purification sont des défis importants pour la chimie d’aujourd’hui. Certaines des méthodes actuelles, tel que le greffage d’un réactif sur un support solide permettant d’accéder à un produit pur par simple filtration du milieu, comportent toutefois certains inconvénients. En effet, les propriétés de solubilité de ces polymères rendent la mise en œuvre des réactions plus difficiles. C’est dans ce contexte que le groupe du Pr. Charette a rapporté l’utilisation de réactifs liés à un sel de tétraarylphosphonium (TAP). Ces sels peuvent être solubilisés dans un solvant tel que le dichlorométhane et aisément retirés du milieu réactionnel par précipitation à l’aide d’éther diéthylique (Chapitre 1). L’un des objectifs de cette thèse a donc été lié à la découverte de deux méthodes complémentaires qui, jusqu’à présent, sont considérées comme des méthodes de choix pour la synthèse des sels de TAP fonctionnalisés (Chapitre 2). L’une d’entre elles est utilisée par Soluphase inc., une entreprise qui commercialise ces sels de TAP. L’efficacité des sels en tant que support dans la synthèse de petites molécules a été démontrée lors de la synthèse d’un produit naturel, la (–)-coniine (Chapitre 3). L’isolement des intermédiaires synthétiques instables par simple précipitation à l’aide d’un support de TAP a permis de rendre cette synthèse plus efficace que celle déjà connue. Dans le deuxième volet de cette thèse, plusieurs problèmes reliés à la synthèse de dérivés cyclopropaniques 1,1-disubstitués ont été étudiés. Ces derniers font partie intégrale de plusieurs produits naturels et de médicaments. Cependant, leur formation par une réaction de cyclopropanation d’alcènes utilisant des réactifs diazoïques possédant deux groupements de type accepteur n’est pas tâche facile (Chapitre 4). En effet, cette réaction souffre d’un faible contrôle diastéréosélectif. Par le fait même, très peu de méthodologies de synthèse ont rapporté l’utilisation de ce type de réactifs diazoïques dans des réactions de cyclopropanation stéréosélectives. L’étude du mécanisme de la réaction de cyclopropanation catalysée au Rh(II) a proposé des indices favorisant un modèle ayant des précédents dans la littérature (Chapitre 5). Ces études nous ont mené à la découverte de la «capacité trans-directrice» du groupement amide lors des réactions de cyclopropanation d’oléfines. Nous avons donc utilisé cette propriété afin de résoudre plusieurs problèmes rencontrés dans la littérature. Nous avons montré qu’elle permet l’accès à des dérivés cyclopropaniques possédant deux groupements carboxyliques géminaux avec des sélectivités élevées (Chapitre 6). Ces produits étaient accessibles que par des séquences synthétiques nécessitant plusieurs étapes. De plus, nous avons démontrés que ces nouveaux dérivés cyclopropaniques sont des outils synthétiques fort utiles dans la synthèse de produits naturels d’intérêt biologique. Cette formidable «capacité trans-directrice» du groupement amide nous a permi de résoudre le problème de la synthèse asymétrique de dérivés carboxyliques α-cyano cyclopropaniques (Chapitre 7). De plus, ce projet nous a menées à la découverte de l’effet de divers additif achiraux permettant d’augmenter la sélectivité dans certaines réactions. Cette réaction possède une vaste étendue et l’utilité de ces nouveaux dérivés cyclopropaniques a été démontrée par plusieurs transformations de groupements fonctionnels.

Synthèse formelle de l’hormaomycine et de la bélactosine A par utilisation d’une réaction de cyclopropanation intramoléculaire catalysée par un complexe de rhodium (II)

Ce mémoire présente trois approches différentes vers la synthèse du 3–(trans–2–nitrocyclopropyl)alanine, un intermédiaire synthétique de la hormaomycine. Cette molécule naturelle démontre d’intéressantes activités biologiques et pharmacologiques. Il est intéressant de souligner que ce dérivé donne facilement accès au 3–(trans–2–aminocyclopropyl)alanine, unité centrale de la bélactosine A. Ce composé naturel possédant lui aussi d’intéressantes propriétés biologiques, plusieurs études relationnelles structures-activités menant à des dérivés plus actifs de cette molécule ont été entreprises, démontrant l’intérêt toujours présent de synthétiser de façon efficace et optimale ces dérivés cyclopropaniques. Une méthodologie développée au sein de notre groupe de recherche et basée sur une réaction de cyclopropanation intramoléculaire diastéréosélective sera mise à profit afin d’élaborer une nouvelle voie de synthèse aussi élégante qu’efficace à la construction du 3–(trans–2–nitrocyclopropyl) alanine. En utilisant un carbène de rhodium généré soit par la dégradation d’un dérivé diazoïque, soit par la formation d’un réactif de type ylure d’iodonium, une réaction de cyclopropanation diastéréosélective permettra la formation de deux autres centres contigus et ce, sans même utiliser d’auxiliaire ou de catalyseur énantioenrichis. Ensuite, un réarrangement intramoléculaire précédant deux réactions synchronisées d’ouverture de cycle et de décarboxylation permettront l’obtention du composé d’intérêt avec un rendement global convenable et en relativement peu d’étapes. De cette manière, la synthèse formelle de la bélactosine A et de l’hormaomycine a été effectuée. Cette synthèse se démarque des autres par l’utilisation d’une seule transformation catalytique énantiosélective.

Synthèse de la triphénylphosphine liée au polystyrène non réticulé et son utilisation lors de la réaction de Mitsunobu. Cyclopropanation catalytique énantiosélective d'alcènes utilisant le diazométhane

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Asymmetric cyclopropanation of conjugated cyanosulfones using a novel cupreine organocatalyst: rapid access to d3-amino acids

An organocatalytic asymmetric synthesis of a novel, highly functionalised cyclopropane system furnished with versatile substituents and containing a quaternary centre is described. The process utilises a new bifunctional catalyst based on the cinchona alkaloid framework and the products made using this catalyst were obtained as single diastereoisomers, with very high enantioselectivities (up to 96% ee). We have also demonstrated that these resulting cyclopropanes are very useful synthetic intermediates to interesting products, such as the difficult to access d3-amino acids.

Chemoselective and stereoselective lithium carbenoid mediated cyclopropanation of acyclic allylic alcohols

The reaction of geraniol with different lithium carbenoids generated from n-BuLi and the corresponding dihaloalkane has been evaluated. The reaction occurs in a chemo and stereoselective manner, which is consistent with a directing effect from the oxygen of the allylic moiety. Furthermore, a set of polyenes containing allylic hydroxyl or ether groups were chemoselectively and stereoselectively converted into the corresponding gemdimethylcyclopropanes in one single step in moderate to good yields mediated by a lithium carbenoid generated in situ by reaction of n-BuLi and 2,2-dibromopropane.

Asymmetric cyclopropanation of olefins catalysed by Cu(I) complexes of chiral pyridine-containing macrocyclic ligands (Pc-L*)

The synthesis and characterisation of copper(I) complexes of chiral pyridine-containing macrocyclic ligands (Pc-L*) and their use as catalysts in asymmetric cyclopropanation reactions are reported. All ligands and metal complexes were fully characterised, including crystal structures of some species determined by X-ray diffraction on single crystals. This allowed characterising the very different conformations of the macrocycles which could be induced by different substituents or by metal complexation. The strategy adopted for the ligand synthesis is very flexible allowing several structural modifications. A small library of macrocyclic ligands possessing the same donor properties but with either C-1 or C-2 symmetry was synthesized. Cyclopropane products with both aromatic and aliphatic olefins were obtained in good yields and enantiomeric excesses up to 99%.

Enantiospecific total synthesis of ent-10, 11-thapsan-10-ol

First enantiospecific total synthesis of optical antipode of the sesquiterpene 10,11-epoxythapsan-10-ol has been described. (R)-Carvone has been employed as the chiral starting material and a combination of intramolecular alkylation and Criegee fragmentation are employed for intramolecular stereospecific transfer of the chirality. An intramolecular diazoketone cyclopropanation and regioselective cyclopropane ring cleavage reactions have been employed for the creation of the three requisite contiguous quaternary carbon atoms.

Enantiospecific synthesis of thaps-8-en-5-ol via stereospecific intramolecular chirality transfer

Enantiospecific synthesis of thaps-8-en-5-ol, comprising of the carbon framework of a small group of sesquiterpenes containing three contiguous quaternary carbon atoms has been described. (R)-Carvone has been employed as the chiral starting material and a combination of intramolecular alkyation and Criegec fragmentation have been employed for intramolecular stereospecific transfer of the chirality. An intramolecular diazoketone cyclopropanation and regioselective cyclopropane ring cleavage reactions have been employed for the creation of the three requisite contiguous quaternary carbon atoms.

Approaches to sesquiterpenes containing three contiguous quaternary carbon atoms. Synthesis of 3-methoxythapsene

Synthetic approach to 3-alkoxythapsane, comprising of the carbon framework of a small group of sesquiterpenes containing three contiguous quaternary carbon atoms has been described. A combination of alkylation, orthoester Claisen rearrangement and intramolecular diazoketone cyclopropanation has been employed for the creation of the three requisite contiguous quaternary carbon atoms.

Enantiospecific total synthesis of ent-5-senceioyloxy-10,11-epoxythapsan-10-ol

Enantiospecific total synthesis of optical antipode of the sesquiterpene 5-senecioyloxy-10,11-epoxythapsan-10-ol has been described. (R)-Carvone has been employed as the chiral starting material and a combination of intramolecular alkyation and Criegee fragmentation are employed for intramolecular stereospecific transfer of the chirality. An intramolecular diazoketone cyclopropanation and regioselective cyclopropane ring cleavage reactions have been employed or the creation of the three requisite contiguous quaternary carbon atoms.

An enantiospecific approach to thapsanes from R-carvone: synthesis of (−)-thaps-8-en-5-ol†

The first enantiospecific synthesis of a thapsane, containing three contiguous quaternary carbon atoms, is accomplished starting from R-carvone. An intramolecular alkylation and an intramolecular diazoketone cyclopropanation reaction were employed for the stereo- and regiospecific generation of three contiguous quaternary carbon atoms present in the thapsane framework.

An enantiospecific approach to pinguisanes from (R)-carvone. Total synthesis of (+)-pinguisenol

Enantiospecific total synthesis of (+)-pinguisenol 1, a sesquiterpene containing a cis-1,2,6,7-tetramethylbicyclo[4.3.0]nonane carbon framework incorporating two vicinal quaternary carbon atoms and four cis-oriented methyl groups on four contiguous carbon atoms, isolated from a liverwort, is described. The orthoester Claisen rearrangement of the allyl alcohol 9, obtained from (R)-carvone, generates the ester 12. Intramolecular cyclopropanation of the diazo ketone 13, derived from the ester 12, furnishes the tricyclic ketone 7. Degradation of the isopropenyl group followed by regioselective reductive cyclopropane ring cleavage transforms compound 7 into the hydroxy ketone 21. Wolff–Kishner reduction of the hydroxy ketone 21 followed by oxidation and Grignard reaction furnishes pinguisenol (+)- 1.

Stereospecific total synthesis of (±)-albene via a prochiral precursor

The total synthesis of racemic albene 2 via the prochiral precursor 3, using a stereoselective Claisen rearrangement and an intramolecular diazoketone cyclopropanation as key reactions, is described.

Stereospecific construction of multiple contiguous quaternary carbons. Total synthesis of (±)-cis,anti,cis-1,8,12,12-tetramethyl-4-oxatricyclo[6.4.0.02,6]dodecan-3-ol, a thapsane isolated from Thapsia villosa var minor

The details of the first total synthesis of a natural thapsane lg containing three contiguous quaternary carbon atoms, starting from cyclogeraniol (9) '5 described. The Claisen rearrangement of 9 with methoxypropene in the presence of a catalytic amount of propionic acid produced ketone 10. Rhodium acetate-catalyzed intramolecular cyclopropanation of a-diazo-&keto ester 12, obtained from 10 via 8-keto ester 8, furnished cyclopropyl keto ester 7. Lithium in liquid ammonia reductive cleavage of cyclopropyl compound 7 gave a 1:l mixture of hydrindanone 6 and keto1 13. Wittig methylenation of 6 furnished ester 21. Epoxidation of 21, followed by BF3-OEt2-catalyzed rearrangement of epoxide 23 afforded hemiacetal 25. Treatment of hemiacetal 25 with triethylsilane in trifluoroacetic acid furnished lactone 22, a degradation product of various thapsanes. Finally, DIBAH reduction of lactone 22 generated the thapsane