Synthèse stéréosélective de dérivés cyclopropaniques di-accepteurs par catalyse avec des complexes de rhodium(II)

Les dérivés cyclopropaniques di-accepteurs représentent des intermédiaires synthétiques précieux dans l’élaboration de structures moléculaires complexes, ayant des applications dans plusieurs domaines de la chimie. Au cours de cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à la synthèse de ces unités sous forme énantioenrichie en utilisant la cyclopropanation d’alcènes par catalyse avec des complexes de Rh(II) utilisant des composés diazoïques di-accepteurs comme substrats. Suite au développement initial d’une méthode de cyclopropanation d’alcènes catalytique asymétrique utilisant des nitro diazocétones, de multiples études expérimentales quant au mécanisme de stéréoinduction dans ce type de réaction ont été effectuées. Nous avons alors pu identifier le groupement p-méthoxyphénylcétone du substrat et le catalyseur Rh2(S-TCPTTL)4 comme étant une combinaison clé pour l’atteinte de diastéréosélectivités et d’excès énantiomères élevés. Ceci a mené au développement de deux autres méthodes de cyclopropanation stéréosélectives distinctes, utilisant soit une cyano diazocétone ou un céto diazoester. Nous avons démontré l’utilité des dérivés cyclopropaniques énantioenrichis obtenus par ces trois méthodes dans une panoplie de manipulations synthétiques, dont l’addition nucléophile d’amines et de cuprates, la cycloaddition formelle avec un aldéhyde, et la synthèse de dérivés cyclopropaniques importants en chimie médicinale. Une étude structurelle approfondie des complexes de Rh(II) chiraux nous a permis de déterminer les facteurs responsables de leur pouvoir d’énantioinduction dans notre système réactionnel, ce qui a d’énormes implications dans d’autres méthodologies utilisant ces mêmes catalyseurs. Le dévoilement d’une conformation inattendue dite ‘All-up’, ainsi que de la présence d’interactions stabilisantes régissant la rigidité de cet arrangement se sont avérés cruciaux dans notre compréhension du mécanisme. Dans le cadre de cette investigation, nous avons développé une méthode générale pour la synthèse de complexes de Rh(II) hétéroleptiques, multipliant ainsi le nombre de catalyseurs accessibles dans l’élaboration éventuelle de nouvelles réactions stéréosélectives, et nous permettant d’effectuer une étude structurelle plus détaillée. De plus, nous avons développé une méthode particulièrement efficace pour la synthèse d’un autre type de dérivé cyclopropanique di-accepteur par catalyse avec des complexes de Rh(II), les cyano-cyclopropylphosphonates. Les produits de cette transformation sont obtenus avec des énantiosélectivités élevées, et sont des substrats intéressants pour des réactions tandem d’ouverture de cycle par addition nucléophile / oléfination de composés carbonylés. De plus, ces composés sont des précurseurs de molécules utiles en chimie médicinale tels que les acides aminocyclopropylphosphoniques.

Development of a Phase Separation Strategy in Macrocyclization Reactions

La réaction de macrocyclisation est une transformation fondamentale en chimie organique de synthèse. Le principal défi associcé à la formation de macrocycles est la compétition inhérente avec la réaction d’oligomérisation qui mène à la formation de sousproduits indésirables. De plus, l’utilisation de conditions de dilutions élevées qui sont nécessaires afin d’obtenir une cyclisation “sélective”, sont souvent décourageantes pour les applications à l’échelle industrielle. Malgré cet intérêt pour les macrocycles, la recherche visant à développer des stratégies environnementalement bénignes, qui permettent d’utiliser des concentrations normales pour leur synthèse, sont encore rares. Cette thèse décrit le développement d’une nouvelle approche générale visant à améliorer l’efficacité des réactions de macrocyclisation en utilisant le contrôle des effets de dilution. Une stratégie de “séparation de phase” qui permet de réaliser des réactions à des concentrations plus élevées a été developpée. Elle se base sur un mélange de solvant aggrégé contrôlé par les propriétés du poly(éthylène glycol) (PEG). Des études de tension de surface, spectroscopie UV et tagging chimique ont été réalisées afin d’élucider le mécanisme de “séparation de phase”. Il est proposé que celui-ci fonctionne par diffusion lente du substrat organique vers la phase ou le catalyseur est actif. La nature du polymère co-solvant joue donc un rôle crutial dans le contrôle de l’aggrégation et de la catalyse La stratégie de “séparation de phase” a initiallement été étudiée en utilisant le couplage oxidatif d’alcynes de type Glaser-Hay co-catalysé par un complexe de cuivre et de nickel puis a été transposée à la chimie en flux continu. Elle fut ensuite appliquée à la cycloaddition d’alcynes et d’azotures catalysée par un complexe de cuivre en “batch” ainsi qu’en flux continu.

Studies on the Synthesis and Transformations of a Few 2(3H)- and 3(2H)-Furanones

The thesis entitled studies on the synthesis and transformations of a few 2(3H)- and 3(2H)- furanones. Furanones represent an interesting class of heterocyclic compounds, which constitute the central ring system of many natural products. The derivatives of furan is divided, depending on their structure 2(3H)-furanones(I), 2(5H)-furanones(II), and 3(2H)-furanones(III). Systems I&II are unsatured gama lactones known as ‘butenolides’. Compounds of this type also known as ‘crotonolactones’ based on the parent crotonic acid. In conclusion a number of 2(3H)-and 3(2H)- furanones were synthesized from dibenzoylalkene precursors and were characterized on the basis of spectral analytical and X-ray data. On direct irradiation 3,3-bis(4-chloropheneyl)-5-aryl-3H-furan -2-ones underwent decarbonylation to yield the corresponding alpha, beta- unsaturated carbonyl compounds and upon sensitized irradiation they underwent dimersation arising through a 2+2 cycloaddition reaction. Our studies on 3(2H)-furanones revealed that these compounds are thermally stable, while they undergo extensive decomposition to intractable mixtures under the influence of light. Similarly, the novel dibenzoylalkenes- type systems containing hetroatomatic rings synthesized by us also underwent extensive decomposition under the influence of heat. Some of the 3(2H)-furanones synthesized by us exhibit remarkable anti-proliferative activity.

Novel Strategies for Heterocyclic Constructions via 1, 4-Dipolar Intermediates

In the thesis entitled " Novel Strategies for Heterocyclic Constructions via 1 ,4-Dipolar Intermediates"Synthesis of a complex organic molecules essentially involves the formation of carbon-carbon and carbon-heteroatom bonds. Various synthetic methods are available for these processes involving ionic, pericyclic and radical reactions. Among the pericyclic reactions, dipolar cycloaddition reactions, introduced by Huisgen, have emerged as a very powerful tool for heterocyclic construction. Heterocyclic compounds remain an important class of organic molecules due to their natural abundance and remarkable biological activity, thus constituting an intergral part of pharmaceutical industry. In this respect, developing newer synthetic methodology for heterocyclic construction has been an area of immense interest. In recent years, 1,3-dipolar cycloaddition reactions proved to be efficient routes to a wide variety of five membered heterocycles, as attested by their application in the total synthesis of various complex organic molecules. However, the potential application of similar 1,4- dipolar cycloaddition reactions for the construction of six memebered heterocycles remained underexploited. In this context, a systematic investigation of the reactivity of 1,4-dipoles generated from nitrogen heterocycles (pyridine and its analogues) and dimethyl acetylenedicarboxy!ate (DMAD) towards various dipolarophiles has been carried out and the results are embodied.

Synthesis and Transformations of a Few Nitrogen and Oxygen Heterocycles

Department of Applied Chemistry, Cochin University of Science and Technology

Studies on the Synthesis and Transformations of a few Bicyclic and Dispiro Compounds

In this thesis, we report our endeavours in the synthesis of a few polycyclic compounds. We were interested in the synthesis of a few bicyclic compounds designed to undergo interesting photochemical transformations including tripletmediated di-π-methane rearrangement and/or competing singlet-mediated electrocyclic reactions. Our target molecules have "inbuilt" structural features which will potentially alter the photochemistry of the substrate under consideration.The present investigation was undertaken to test our hypothesis on selective intramolecular quenching of singlet or triplet excited states of molecules.We adopted Dies-Alder reaction for the synthesis of several of the bicyclic compounds we were interested in. Some of the precursor dienes synthesised by us are capable of undergoing intramolecular cycloaddition reactions as well. So, it was important to delineate the conditions and structural features that will enable a particular molecule to undergo intermolecular and intramolecular Dies-Alder reaction when treated with a suitable dienophile.Though, the main focus of this thesis is on the synthesis of bicyclic and tricyclic systems capable of undergoing di-π-methane rearrangement, in the last chapter of this thesis, we describe our findings on the synthesis of a few dispirocompounds. These systems were encountered as unexpected products in the attempted synthesis of novel dibenzoylalkene-type systems. Consequently, a brief survey on the synthesis and transformations of dibenzoylalkenes is also included as an integral part of this thesis.

Palladium Catalyzed Carbon-Carbon/Carbonheteroatom Bond Formation Reactions Utilizing Pentafulvene Derived Bicyclic Hydrazines

The reactions involving fulvenes and its derivatives have received a great deal of attention over the years in synthetic organic chemistry. Functionalizations of fulvenes provide versatile and powerful approaches to various polycyclic systems and natural products. They serve as versatile intermediates in the construction of various ring systems through inter- as well as intramolecular cycloadditions. Compared to the rich literature on the cycloaddition reactions of pentafulvenes, much less attention has been paid to the synthetic utilization of their cycloadducts. Tactical manipulations on the chosen adduct offer the prospects for designing a variety of useful molecular skeletons. Addition of heterodienophiles to fulvenes offers an efficient strategy towards the synthesis of azabicyclic olefins. However, there have been no serious attempts to study the synthetic utility of these substrates. In this context and with the intention of utilizing pentafulvenes towards synthetically important molecules, author decided to explore the reactivity of pentafulvene derived azabicyclic olefins. Our attention was focused on the synthetic potential associated with the ring opening of fulvene derived bicyclic hydrazines under palladium catalysis. It was envisioned that the desymmetrization of these adducts using various soft nucleophiles will provide a novel access to synthetically and biologically important alkylidene cyclopentenes. The investigations along this line form the focal theme of this thesis entitled “PALLADIUM CATALYZED CARBONCARBON/ CARBON-HETEROATOM BOND FORMATION REACTIONS UTILIZING PENTAFULVENE DERIVED BICYCLIC HYDRAZINES

Studies On Developing A Facile Route For The Synthesis Of Highly Substituted Quinoline And Indole Derivatives

the thesis entitled “STUDIES ON DEVELOPING A FACILE ROUTE FOR THE SYNTHESIS OF HIGHLY SUBSTITUTED QUINOLINE AND INDOLE DERIVATIVES” portrays our attempt to revisit the mechanism of 1,3- dipolar additions with a view to establishing whether it follows a concerted pathway or a stepwise reaction sequence through the formation of a zwitterionic intermediate, which will definitely contribute to the better use of this technique. Furthermore, we propose to develop novel routes for the synthesis of quinoline and indole derivatives with predefined substitution pattern. The thesis is devided into four chapters

Dipodal Ferrocene Derivatives for Nanostructured Redox-Functionalised Surfaces

Self-assembled monolayers (SAMs) on solid surfaces are of great current interest in science and nanotechnology. This thesis describes the preparation of several symmetrically 1,1’-substituted ferrocene derivatives that contain anchoring groups suitable for chemisorption on gold and may give rise to SAMs with electrochemically switchable properties. The binding groups are isocyano (-NC), isothiocyanato (-NCS), phosphanyl (-PPh2), thioether (-SR) and thienyl. In the context of SAM fabrication, isothiocyanates and phosphanes are adsorbate systems which, surprisingly, have remained essentially unexplored. SAMs on gold have been fabricated with the adsorbates from solution and investigated primarily by X-ray photoelectron spectroscopy and near-edge X-ray absorption fine structure spectroscopy. The results of these analytical investigations are presented and discussed in matters of the film quality and possible binding modes. The quality of self-assembled monolayers fabricated from 1,1’-diisocyanoferrocene and 1,1’-diisothiocyanatoferrocene turned out to be superior to that of films based on the other adsorbate species investigated. Films of those absorbates as well as of dppf afforded well-defined SAMs of good quality. All other films of this study based on sulfur containing anchoring groups exhibit chemical inhomogeneity and low orientational order of the film constituents and therefore failed to give rise to well-defined SAMs. Surface coordination chemistry is naturally related to molecular coordination chemistry. Since all SAMs described in this thesis were prepared on gold (111) surfaces, the ferrocene-based ligands of this study have been investigated in their ability for complexation towards gold(I). The sulfur-based ferrocene ligands [fc(SR)2] failed to give stable gold(I) complexes. In contrast, 1,1’-diisocyanoferrocene (1) proved to be an excellent ligand for the complexation of gold(I). Several complexes were prepared and characterised utilising a series of gold(I) acetylides. These complexes show interesting structural motifs in the solid state, since intramolecular aurophilic interactions lead to a parallel orientation of the isocyano moieties, combined with an antiparallel alignment of neighbouring units. The reaction of 1 with the gold(I) acetylide [Au(C≡C–Fc)]n turned out to be very unusual, since the two chemically equivalent isocyano groups undergo a different reaction. One group shows an ordinary coordination and the other one undergoes an extraordinary 1,1-insertion into the Au-C bond. As a sideline of the research of this thesis several ferrocene derivatives have been tested for their suitability for potential surface reactions. Copper(I) mediated 1,3-dipolar cycloadditions of azidoferrocene derivatives with terminal alkynes appeared very promising in this context, but failed to a certain extent in terms of ‘click’ chemistry, since the formation of the triazoles depended on the strict exclusion of oxygen and moisture and yields were only moderate. Staudinger reactions between dppf and azidoferrocene derivatives were also tested. The nucleophilic additions of secondary amines to 1,1’-diisothiocyanatoferrocene led to the respective thiourea derivatives in quantitative yields.

Reaccions de cicloaddició [2+2+2] catalitzades per Rh(I)

The development of new chemical processes and efficient catalysts for the formation of carbon-carbon bonds is an important topic in organic chemistry. In particular, the [2+2+2] cycloaddition reaction involving different insaturations mainly alkynes, alkenes and nitriles is a highly efficient synthetic tool that allows polysubstituted benzenic, cyclohexadienic and pyridinic compounds to be obtained in one reaction step and in an atom economy process, resulting in the simultaneous formation of three new bonds in the formed ring. In recent years, research to produce new catalysts that can work effectively in mild reaction conditions has attracted great interest, as has the use of these processes in the synthesis of products of potential biological interest. This doctoral thesis is based on the methodological study of the rhodium(I)-catalyzed [2+2+2] cycloaddition reaction.

Single and multiple addition to C60. A computational chemistry study

Des del seu descobriment, a la molècula C60 se li coneixen una varietat de derivats segons el tipus de funcionalització amb propietats fisicoquímiques específiques de gran interès científic. Una sel·lecció de derivats corresponents a addicions simple o múltiple al C60 s'ha considerat en aquest treball d'investigació. L'estudi a nivell de química computacional de diversos tipus d'addició al C60 s'han portat a terme per tal de poder donar resposta a aspectes que experimentalment no s'entenen o són poc clars. Els sistemes estudiats en referència a l'addició simple al C60 han estat en primer lloc els monoiminoful·lerens, C60NR, (de les dues vies proposades per la seva síntesi, anàlisis cinètic i termodinàmic han ajudat a explicar els mecanismes de formació i justificar l'addició a enllaços tipus [5,6]), i en segon lloc els metanoful·lerens i els hidroful·lerens substituits, C60CHR i C60HR, (raons geomètriques, electròniques, energètiques i magnètiques justifiquen el diferent caràcter àcid ente ambdós derivats tenint en compte una sèrie de substituents R amb diferent caràcter electrònic donor/acceptor). Els fluoroful·lerens, C60Fn, i els epoxid ful·lerens, C60On, (anàlisi sistemàtic dels seus patrons d'addició en base a poder justificar la força que els governa han aportat dades complementàries a les poques que existeixen experimentalment al respecte).

Síntesi de nous macrocicles nitrogenats poliinsaturats. Estudis de coordinació i reactivitat

La síntesi i caracterització estructural d'un nou tipus de macrocicles nitrogenats de 15, 20 i 25 membres, els quals contenen triples i dobles enllaços i diferents unitats aríliques a la seva estructura, ha estat estudiada. S'han preparat els complexos de pal·ladi(0) dels corresponents macrocicles poliinsaturats de 15 membres, els quals són estables a l'aire i a la humitat i en alguns casos presenten quiralitat. La seva caracterització completa s'ha portat a terme mitjançant RMN i difracció de raigs-X. S'ha estudiat també la reacció de cicloisomerització d'aquests macrocicles emprant diferents catalitzadors basats en metalls de transició, observant-se que el catalitzador de Wilkinson, de rodi(I), és el que ha donat més bons resultats. Finalment, s'ha realitzat una introducció a l'estudi del mecanisme d'aquest tipus de reaccions mitjançant ESI-MS, així com també un estudi inicial de la reacció de cicloisomerització enantioselectiva.

Theoretical studies of the exohedral reactivity of fullerene compounds

Des del descobriment del buckminster ful.lerè el 1985, s'ha despertat un interés enorme per entendre la reactivitat química així com les propietats d'aquests compostos. La funcionalització exoèdrica del ful.lerè més abundant, el C60, està força ben establerta. Tanmateix, la investigació en aquest camp encara continua oberta ja que s'han sintetitzat una gran varietat de derivats molt prometedors donades les seves futures aplicacions. La tesi comprèn quinze capítols que contenen set publicacions relacionades. Els primers dos estudis es basen en la reacció Diels-Alder sobre els anomenats metal.loful.lerens endoèdrics TNT X3N@C78, X= Sc, Y. Aquest projecte de investigació està motivat pel desconeixament existent sobre les possibles conseqüències de l'encapsulació del grup X3N. El tercer estudi descriu minuciosament els canvis detectats en la funcionalització exoèdrica un cop s'ha produït l'encapsulació dels diferents gasos nobles. En aquesta tesi s'estudia en detall l'ús de l'aproximació ONIOM per a estudiar reaccions de cicloaddició en compostos ful.lerènics. Els resultats d'aquest projecte són d'alt interès per a la realització dels estudis posteriors sobre la reacció de Diels-Alder i la 1,3-dipolar en ful.lerens i derivats. Finalment, l'última part d'aquesta tesi es basa en les propietats antioxidants de determinats ful.lerens. A l'últim treball inclòs en aquesta tesi s'estudia en detall el mecanismo de reacció per a la eliminació del ió superòxid en presència de ful.lerens.

Funkcjonalizacja aglikonu Spiramycyny przez zastosowanie regio- i stereoselektywnych reakcji kaskadowych

Wydział Chemii