Lewis acid assisted ring-closing metathesis of chiral diallylamines: An efficient approach to enantiopure pyrrolidine derivatives

Lewis acid assisted ring-closing olefin metathesis (RCM) of chiral diallylamines, using the second generation RCM ruthenium-based catalyst, leads to enantiopure pyrrolidine derivatives in 79-93% yields under very mild conditions. The scope of the olefin metathesis has been expanded.

Synthesis of , of α,β-unsaturated aldehydes and nitriles via cross-metathesis reactions using Grubbs’ catalysts

A series of alpha,beta-unsaturated aldehydes and nitriles of significant interest in the fragrance industry have been prepared using Grubbs' catalysts in cross-metathesis reactions of electron-deficient olefins (i.e., acrolein, crotonaldehyde, methacrolein, and acrylonitrile) with various 1-alkenes, including 1-decene, 1-octene, 1-hexene and 2-allyloxy-6-methylheptane. The latter is of particular interest, as it has not previously being used as a substrate in cross-metathesis reactions and allows access to valuable intermediates for the synthesis of new fragrances. Most reactions gave good selectivity of the desired CM product (>= 90%). Detailed optimisation and mechanistic studies have been performed on the cross-metathesis of acrolein with 1-decene. Recycling of the catalyst has been attempted using ionic liquids. 

A comparative study of hydrosilane compounds as cocatalysts in the metathesis of 1-hexene

The selectivity of I-hexene metathesis using WCI6 as catalyst was evaluated with a series of hydrosilane-compounds as cocatalysts: Ph3SiH, Ph2SiH2, PhSiH3 and polymethylhydrosiloxane (PMHS). The metathesis reaction is favored by the addition of promoters. When in the presence of WCl4(OAr)(2), OAr = 2,6-dichlorophenoxide, 2,6-difluorophenoxide, olefin metathesis occurs with good selectivity without the use of promoters. (C) 1998 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Reactivity of titanocene methylidene with metal halides, alkene sulfides, and alkene oxides

Titanocene metallacyclobutanes show a wide variety of reactivites with organic and inorganic reagents. Their reactions include methylene transfer to organic carbonyls, formation of enolates, electron transfer from activated alkyl chlorides, olefin metathesis, ring opening polymerization. Recently, preparations of heterobinuclear µ-methylene complexes were reported. In this thesis, mechanistic, synthetic, and structural studies of the heterobinuclear µ-methylene complexes will be described. Also, the reaction of titanocene methylidene trimethylphosphine complex with alkene sulfide and styrene sulfide will be presented.

Heterobinuclear µ-methylene-µ-methyl complexes C_(p2)Ti(µ-CH_2)( µ-CH_3)M(1,5-COD) have been prepared (M = Rh, Ir). X-ray crystallography showed that the methyl group of the complex was bonded to the rhodium and bridges to the titanium through an agostic bond. The ^(1)H,^(13)CNMR, IR spectra along with partial deuteration studies supported the structure in both solution and solid state. Activation of the agostic bond is demonstrated by the equilibration of the µ-CH_3 and µ-CH_2 groups. A nonlinear Arrhenius plot, an unusually large kinetic isotope effect (24(5)), and a large negative activation entropy (-64(3)eu) can be explained by the quantum-mechanical tunneling. Calculated rate constants with Bell-type barrier fitted well with the observed one. This equilibration was best explained by a 4e-4c mechanism (or σ bond metathesis) with the character of quantum-mechanical tunneling.

Heterobinuclear µ-methylene-µ-phenyl complexes were synthesized. Structural study of C_(p2)Ti(µ-CH_(2))(µ-p-Me_(2)NC_(6)H_(4))Rh(l,5-COD) showed that the two metal atoms are bridged by the methylene carbon and the ipso carbon of the p-N,N-dimethylarninophenyl group. The analogous structure of C_(p2))Ti(µ-CH_(2))(µ-o-MeOC_(6)H_(4))Rh(1,5-COD) has been verified by the differential NOE. The aromaticity of the phenyl group observed by ^(1)H NMR, was confirmed by the comparison of the C-C bond lengths in the crystallographic structure. The unusual downfield shifts of the ipso carbon in the ^(13)C NMR are assumed to be an indication of the interaction between the ipso carbon and electron-deficient titanium.

Titanium-platinum heterobinuclear µ-methylene complexes C_(p2)Ti(µ-CH_(2))(µ -X)Pt(Me)(PM_(2)Ph) have been prepared (X= Cl, Me). Structural studies indicate the following:(1) the Ti-CH2 bond possesses residual double bond character, (2) there is a dative Pt→Ti interaction which may be regarded as a π back donation from the platinum atom to the 'Ti=CH_(2)'' group, and (3) the µ-CH_3 group is bound to the titanium atom through a three-center, two-electron agostic bond.

Titanocene (η^(2)-thioformaldehyde)•PMe_3 was prepared from C_(p2)Ti=CH_(2)•PMe_3 and sulfur-containing organic compounds (e.g. alkene sulfide, triphenylphosphine sulfide) including elemental sulfur. Mechanistic studies utilizing trans-styrene sulfide-d_1 suggested the stepwise reaction to explain equimolar mixture of trans- and cis-styrene-d_1 as by-products. The product reacted with methyl iodide to produce cationic titanocene (η_(2)-thiomethoxymethyl) complex. Complexes having less coordinating anion like BF_4 or BPh_4 could be obtained through metathesis. Together with structural analyses, the further reactivities of the complexes have been explored.

The complex C_(p2)TiOCH_(2)CH(Ph)CH_2 was prepared from the compound C_(p2)Ti=CH_(2)-PMe_3 and styrene oxide. The product was characterized with ^(1)H-^(1)H correlated 2-dimensional NMR, selective decoupling of ^(1)H NMR, and differential NOE. Stereospecificity of deuterium in the product was lost when trans-styrene oxide-d_1 was allowed to react. Relative rates of the reaction were measured with varying substituents on the phenyl ring. Better linearity (r = -0.98, p^(+) = -0.79) was observed with σ_(p)^(+)than σ(r = -0.87, p = -1.26). The small magnitude of p^+ value and stereospecificity loss during the formation of product were best explained by the generation of biradicals, but partial generation of charge cannot be excluded. Carbonylation of the product followed by exposure to iodine yields the corresponding β-phenyl γ-lactone.

Badanie reaktywności wybranych nienasyconych pochodnych β-diketonów i anilin w obecności alkilidenowych kompleksów rutenu typu Grubbsa

Wydział Chemii: Zakład Chemii Metaloorganicznej

Étude de réactivité et de sélectivité de nouveaux catalyseurs à base de ruthénium

Ce projet de recherche consiste en l’étude de la réactivité et de la sélectivité de nouveaux catalyseurs de métathèse d’oléfines à base de ruthénium lors de réaction de fermeture de cycle par métathèse d’oléfines (RCM). L’emphase de cette étude repose sur l’évaluation de nouveaux catalyseurs possédant un ligand NHC (carbène N-hétérocyclique) C1-symétrique développés par le laboratoire Collins pour des réactions de désymétrisations asymétriques de méso-triènes par ARCM. Le projet a été séparé en deux sections distinctes. La première section concerne la formation d’oléfines trisubstituées par ARCM de méso-triènes. La seconde section consiste en la formation d’oléfines tétrasubstituées par le biais de la RCM de diènes et de la ARCM de méso-triènes. Il est à noter qu’il n’y a aucun précédent dans la littérature concernant la formation d’oléfines tétrasubstituées suite à une désymétrisation par ARCM. Lors de l’étude concernant la formation d’oléfines trisubstituées, une étude de cinétique a été entreprise dans le but de mieux comprendre la réactivité des différents catalyseurs. Il a été possible d’observer que le groupement N-alkyle a une grande influence sur la réactivité du catalyseur. Une étude de sélectivité a ensuite été entreprise pour déterminer si le groupement N-alkyle génère aussi un effet sur la sélectivité des catalyseurs. Cette étude a été effectuée par l’entremise de réactions de désymétrisation d’une variété de méso-triènes. En ce qui a trait à la formation d’oléfines tétrasubstituées, une étude de la réactivité des différents catalyseurs a été effectuée par l’intermédiaire de malonates de diéthyldiméthallyle. Il a encore une fois a été possible d’observer que le groupement N-alkyle possède un effet important sur la réactivité du catalyseur. Une étude de sélectivité a ensuite été entreprise pour déterminer si le groupement iv N-alkyle génère aussi un effet sur la sélectivité des catalyseurs. Cette étude a été effectuée par l’entremise de réactions de désymétrisation de différents mésotriènes.

Synthèse énantiosélective du [7]hélicène à l’aide de la réaction de fermeture de cycle par métathèse d’oléfine asymétrique et synthèse de binaphtols via une réaction de couplage oxydatif

L’intérêt pour les hélicènes s’est accru au fur et à mesure que de nouvelles applications pour ce genre de molécules ont été découvertes. Par contre, la recherche dans ce domaine a été limitée par le petit nombre de voies de synthèse de ces molécules, la plupart nécessitant une étape de résolution ou de séparation des énantiomères par HPLC à la fin de la synthèse. Le présent projet de recherche propose d’utiliser la réaction de fermeture de cycle asymétrique par métathèse d’oléfines (asymmetric ring closing metathesis, ARCM) pour effectuer une synthèse d’hélicène à la fois catalytique et énantiosélective. La synthèse énantiosélective du [7]hélicène a été effectuée à l’aide d’une résolution cinétique du précurseur racémique. Au cours de cette synthèse, nous avons été en mesure de démontrer l’efficacité de différents catalyseurs de métathèse chiraux en plus de démontrer l’effet de l’ajout de simples oléfines comme additifs à la réaction. De plus, nous avons formulé une hypothèse expliquant cet effet à l’aide du mécanisme de la réaction. Finalement, nous avons aussi montré l’effet du changement de solvant sur la sélectivité de la réaction. Au cours de ces travaux, nous avons également développé une nouvelle méthode de synthèse de binaphtols à l’aide d’une réaction de couplage oxydatif impliquant un catalyseur de cuivre. À l’aide d’études de réactivité, nous avons été en mesure de démontrer que le métal portait deux ligands N-hétérocycliques (NHC). Nous avons aussi observé que le catalyseur favorisait la formation de binaphtol non symétrique avec un groupement naphtol avec une densité électronique élevée et un autre groupement naphtol avec une faible densité électronique.

Développement de nouveaux outils de contrôle conformationnel utilisant des interactions non-covalentes pour effectuer des macrocyclisations

Les macrocycles ont longtemps attiré l'attention des chimistes. Malgré cet intérêt, peu de méthodes générales et efficaces pour la construction de macrocycles ont été développés. Récemment, notre groupe a développé un programme de recherche visant à développer de nouvelles voies vers la synthèse de paracyclophanes et ce mémoire présente l pluspart des efforts les plus récents dans ce domaine. Traditionnellement, la synthèse de paracyclophanes rigides est facilitée par l'installation d'un groupe fonctionnel capable de contrôler la structure de la molécule en solution (ex un élément de contrôle de conformation (ECC)). Cependant, cette approche utilisant des auxiliaires exige que le ECC soit facilement installé avant macrocyclisation et facilement enlevé après la cyclisation. Le présent mémoire décrit une méthode alternative pour guider la macrocyclisations difficile à travers l'utilisation d'additifs comme ECC. Les additifs sont des hétérocycles aromatiques N-alkylé qui sont bon marché, faciles à préparer et peuvent être facilement ajoutés à un mélange de réaction et enlevés suite à la macrocyclisation par simple précipitation et de filtration. En outre, les ECCs sont recyclables. L'utilisation du nouveau ECC est démontré dans la synthèse des para-et métacyclophanes en utilisant soit la métathèse de fermeture de cycle (RCM) ou couplage de Glaser-Hay.

Structure dependent rearrangement of the cyclopropylmethyl cation - isolation of a bicyclo[3.2.0]heptene

Access to 7-allyl substituted norbornene derivatives for tandem olefin metathesis via cationic rearrangement of cyclopropylmethanol substituted norbornenes is shown to be structure dependent. In some cases products that arise from cationic rearrangement of a cyclopropylmethyl cation are furnished. Thionyl chloride is shown to be superior to silica for inducing the desired rearrangement. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Fibrillisation of ring-closed amyloid peptides

Ring-closing olefin metathesis reactions are used to create intramolecularly ring closed peptides or inter-molecularly ring-closed peptide dimers based on a designed amyloid peptide sequence. The uncrosslinked peptide self-assembles into high aspect ratio nanotubes, however ring-closing leads to the formation of fibrillar and twisted/helical ribbon structures.

Synthesis of substituted alpha,beta-unsaturated delta-lactones from vinyl tellurides

A new approach for the synthesis of alpha,beta-unsaturated delta-lactones, a unit present in many natural products with interesting biological activities is described. The approach was based on the use of a vinyl telluride, and it is complementary to the methods using ring-closing metathesis. The sequence was performed in good overall yield with retention of the Z-double bond geometry. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Supramolekulare Affinitätsmaterialien basierend auf (–)-Isosteviol

Der Einsatz von optisch aktiven Elementen im Rückgrat von Wirtstrukturen ermöglicht die enantiofaciale Differenzierung von Gastmolekülen. In Vorarbeiten wurde die Synthese eines Triphenylenketals basierend auf dem optisch reinen Naturstoff (–)-Isosteviol entwickelt. Aufbauend darauf wurde im Zuge dieser Dissertation ein para-Toluolsulfonamid-funktionalisierter Rezeptor synthetisiert, welcher exzellentes Verhalten als Affinitätsmaterial in den im Arbeitskreis eingesetzten Quarzmikrowaagen-basierten Sensoren (QMB) aufweist. Im Zuge der Konstruktion einer (–)-Isosteviol-basierten Architektur mit verkleinerter Kavität wurde der Fünfring des (–)-Isosteviols („D-Ring“) in einem mehrstufigen Prozess zu einem sechsgliedrigen Ring erweitert. Eine Ketalisierung über die Ketofunktion am entsprechenden Ring dieser Verbindung lieferte den Grundbaustein für die Konstruktion von Triphenylenketalen. Weiterhin wurde die Synthese von Rezeptorstrukturen mit Triptycen-Gerüst in Verbindung mit (–)-Isosteviol beschrieben. Die Kombination verschiedener Ester des (–)-Isosteviol-Diketons mit Hexaammoniumtriptycen-Hexachlorid führte zum Aufbau der Rezeptorarchitekturen in Ausbeuten von bis zu 95%, die entsprechenden Produkte fielen als all-syn- und anti,anti,syn-Isomere an. Beide Isomere zeigten teils exzellentes Verhalten als Affinitätsmaterialen. Insbesondere in der Detektion kleinster Mengen an Benzol zeigte sich eins dieser Substrate als fähiger als sämtliche vorher bekannten und getesteten Substanzen. In einem letzten, abschließenden Schritt wurde über eine Olefin-Metathese eine Käfigstruktur für den Einsatz in der Sensorik dargestellt.

Total synthesis of hypermodified epothilone analogs with potent in vitro antitumor activity

The convergent total synthesis of hypermodified epothilone analogs 1 and 2 has been achieved with the stereoselective cyclopropanation of allylic alcohol 17 and ring-closing olefin metathesis with diene 22 as the key steps. In spite of significant structural differences between these analogs and the natural epothilone scaffold, 1 and 2 are potent inducers of tubulin polymerization and inhibit the growth of human cancer cells in vitro with sub-nM IC50 values.

Synthesis and Biological Activity of 7,8,9-Trideoxy- and 7 R DesTHP-Peloruside A

The stereoselective syntheses of 7,8,9-trideoxypeloruside A (4) and a monocyclic peloruside A analogue lacking the entire tetrahydropyran moiety (3) are described. The syntheses proceeded through the PMB-ether of an ω-hydroxy β-keto aldehyde as a common intermediate which was elaborated into a pair of diastereomeric 1,3-syn and -anti diols by stereoselective Duthaler–Hafner allylations and subsequent 1,3-syn or anti reduction. One of these isomers was further converted into a tetrahydropyran derivative in a high-yielding Prins reaction, to provide the precursor for bicyclic analogue 4. Downstream steps for both syntheses included the substrate-controlled addition of a vinyl lithium intermediate to an aldehyde, thus connecting the peloruside side chain to C15 (C13) of the macrocyclic core structure in a fully stereoselective fashion. In the case of monocyclic 3 macrocyclization was based on ring-closing olefin metathesis (RCM), while bicyclic 4 was cyclized through Yamaguchi-type macrolactonization. The macrolactonization step was surprisingly difficult and was accompanied by extensive cyclic dimer formation. Peloruside A analogues 3 and 4 inhibited the proliferation of human cancer cell lines in vitro with micromolar and sub-micromolar IC50 values, respectively. The higher potency of 4 highlights the importance of the bicyclic core structure of peloruside A for nM biological activity.

Direct catalytic macrolactonization and application of the phase separation strategy in complex molecule synthesis

Les macrolactones sont des squelettes structuraux importants dans de nombreuses sphères de l’industrie chimique, en particulier dans les marchés pharmaceutiques et cosmétiques. Toutefois, la stratégie traditionnelle pour la préparation de macrolactones demeure incommode en requérant notamment l’ajout (super)stœchiométrique d’agents activateurs. Conséquemment, des quantités stœchiométriques de sous-produits sont générées; ils sont souvent toxiques, dommageables pour l’environnement et nécessitent des méthodes de purification fastidieuses afin de les éliminer. La présente thèse décrit le développement d’une macrolactonisation efficace catalysée au hafnium directement à partir de précurseurs portant un acide carboxylique et un alcool primaire, ne générant que de l’eau comme sous-produit et ne nécessitant pas de techniques d’addition lente et/ou azéotropique. Le protocole a également été adapté à la synthèse directe de macrodiolides à partir de mélanges équimolaires de diols et de diacides carboxyliques et à la synthèse de dimères tête-à-queue de seco acides. Des muscs macrocycliques ainsi que des macrolactones pertinentes à la chimie médicinale ont pu être synthétisés avec l’approche développée. Un protocole pour l’estérification directe catalysée au hafnium entre des acides carboxyliques et des alcools primaires a aussi été développé. Différentes méthodes pour la macrolactonisation catalytique directe entre des alcools secondaires et des acides carboxyliques ont été étudiées. En outre, la stratégie de séparation de phase en macrocyclisation en débit continu a été appliquée lors de la synthèse totale formelle de la macrolactone ivorenolide A. Les étapes-clés de la synthèse incluent une macrocyclisation par le couplage d’alcynes de Glaser-Hay et une réaction de métathèse d’alcènes Z-sélective.