Synthesis of diketopyrrolopyrrole based copolymers via the direct arylation method for p-channel and ambipolar OFETs

In this paper, we have synthesized two novel diketopyrrolopyrrole (DPP) based donor-acceptor (D-A) copolymers poly{3,6-dithiophene-2-yl-2,5-di(2-octyl)- pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione-alt-1,5-bis(dodecyloxy)naphthalene} (PDPPT-NAP) and poly{3,6-dithiophene-2-yl-2,5-di(2-butyldecyl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4- dione-alt-2-dodecyl-2H-benzo[d][1,2,3]triazole} (PDPPT-BTRZ) via direct arylation organometallic coupling. Both copolymers contain a common electron withdrawing DPP building block which is combined with electron donating alkoxy naphthalene and electron withdrawing alkyl-triazole comonomers. The number average molecular weight (Mn) determined by gel permeation chromatography (GPC) for polymer PDPPT-NAP is around 23 400 g mol-1 whereas for polymer PDPPT-BTRZ it is 18 600 g mol-1. The solid state absorption spectra of these copolymers show a wide range of absorption from 400 nm to 1000 nm with optical band gaps calculated from absorption cut off values in the range of 1.45-1.30 eV. The HOMO values determined for PDPPT-NAP and PDPPT-BTRZ copolymers from photoelectron spectroscopy in air (PESA) data are 5.15 eV and 5.25 eV respectively. These polymers exhibit promising p-channel and ambipolar behaviour when used as an active layer in organic thin-film transistor (OTFT) devices. The highest hole mobility measured for polymer PDPPT-NAP is around 0.0046 cm2 V-1 s-1 whereas the best ambipolar performance was calculated for PDPPT-BTRZ with a hole and electron mobility of 0.01 cm2 V-1 s-1 and 0.006 cm2 V-1 s-1.

Impregnated palladium on magnetite as catalyst for direct arylation of heterocycles

Palladium impregnated on magnetite is an efficient, cheap and easy to prepare catalyst for the direct arylation of heterocycles. Good yields are afforded under relatively mild conditions and a broad substrate scope is evident. The catalyst is regioselective in many cases, affording arylated products, at the C2- or C3-position (depending of the heterocycle used). The methodology can be extended to prepare chromenes through an intramolecular direct arylation reaction. Some evidence is provided for two catalyst deactivation pathways, which prevents efficient recycling.

Site-selective direct arylation of unprotected adenine nucleosides mediated by palladium and copper:insights into the reaction mechanism

Reaction conditions facilitating the site-selective direct aryl functionalisation at the C-8 position of adenine nucleosides have been identified. Many different aromatic components may be effectively cross-coupled to provide a diverse array of arylated adenine nucleoside products without the need for ribose or adenine protecting groups. The optimal palladium catalyst loading lies between 0.5 and 5 mol %. Addition of excess mercury to the reaction had a negligible affect on catalysis, suggesting the involvement of a homogeneous catalytic species. A study by transmission electron microscopy (TEM) shows that metal containing nanoparticles, ca. 3 nm with good uniformity, are formed during the latter stages of the reaction. Stabilised PVP palladium colloids (PVP=N-polyvinylpyrrolidone) are catalytically active in the direct arylation process, releasing homogenous palladium into solution. The effect of various substituted 2-pyridine ligand additives has been investigated. A mechanism for the site-selective arylation of adenosine is proposed. © 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Direct functionalization of heterocyclic and non-heterocyclic arenes

L’application des métaux de transition à la fonctionnalisation directe a ouvert la voie à une nouvelle classe de réactions pour la formation de liens carbone-carbone. De par l'omniprésence des liaisons C–H, l’introduction de nouvelles fonctionnalités chimiques par voie directe et pré-activation minimale s’impose comme une stratégie de synthèse très attrayante. Ainsi, il est envisageable de préparer de manière rapide et efficace des supports complexes menant à des molécules complexes, qui pourraient être utiles dans divers domaines de la chimie. L'objectif principal de la présente thèse vise la fonctionnalisation directe des arènes hétérocycliques et non hétérocycliques et, plus précisément, les techniques d’arylation. Dans un premier temps, nous allons aborder le thème de l’arylation directe tout en mettant l’accent sur les pyridines (Chapitre 1). Ces molécules sont à la base d'une multitude de composés biologiquement actifs et jouent un rôle important dans le domaine des sciences des matériaux, de l’agrochimie et de la synthèse des produits naturels. Dans un deuxième temps, nous discuterons de nos travaux sur l’arylation directe catalysé par un complex de palladium sur des ylures de N-iminopyridinium en soulignant la dérivatisation du sel de pyridinium après une phénylation sp2 (Chapitre 2). L’étude de ce procédé nous a permis de mettre en lumière plusieurs découvertes importantes, que nous expliquerons en détails une à une : l’arylation benzylique directe lorsque des ylures N-iminopyridinium substituées avec un groupement alkyl à la position 2 sont utilisés comme partenaires dans la réaction; les allylations Tsuji-Trost catalysée par un complex de palladium; et l’alkylation directe et sans métal via une catalyse par transfert de phase. Plusieurs défis restent à relever pour le développement de procédés directs utilisant des métaux de transition peu coûteux, d’autant plus que la synthèse par transformation directe des pyridines 2-alcényles, lesquelles sont pertinentes sur le plan pharmacologique, n’a pas encore été rapportée à ce jour. Avec cette problématique en tête, nous avons réussi à mettre au point une alcénylation directe catalysé par un complex de cuivre sur des ylures de N-iminopyridinium. Nous discuterons également d’une nouvelle méthode pour la préparation des iodures de vinyle utilisés dans les couplages. Ces réactions sont non seulement remarquablement chimiosélectives, mais sont aussi applicables à plusieurs substrats (Chapitre 3). En optimisant ce procédé direct, nous avons découvert une façon unique de synthétiser les pyrazolo[1,5-a]pyridines 2-substituées (Chapitre 4). Le mécanisme global met en jeu une séquence tandem de fonctionnalisation-cyclisation directe et un procédé direct en cascade, qui n’avais jamais été rapporté. Cela simplifie ansi la synthèse autrement compliquée de ces substrats en y apportant une solution à un problème de longue date. Dans les deux derniers chapitres, nous examinerons en détail les techniques d’arylation directe qui n'impliquent pas les partenaires de couplage hétérocycliques. Entre autres, au Chapitre 5, nous soulignerons notre découverte d’un umpolung dirigé et catalysé par un complexe de palladium du benzène et de quelques autres dérivés arènes. Il s’agit là du premier cas de fonctionnalisation directe dans laquelle le groupe directeur se trouve sur le partenaire halogène et il s’ajoute à la courte liste d’exemples connus dans la littérature rapportant une arylation directe du benzène. Finalement, au Chapitre 6, nous passerons en revue une nouvelle arylation directe catalysée au fer, qui se veut un procédé peu coûteux, durable et présentant une économie d’atomes. Nous discutons des substrats possibles ainsi des études mécanistiques réalisés.

Intramolecular Direct Functionalization of Cyclopropanes via Silver-Mediated, Palladium Catalysis

Au cours de la dernière décennie, le domaine de la fonctionnalisation directe des liens C–H a connu un intérêt croissant, en raison de la demande de processus chimiques moins dispendieux, plus efficaces et plus écologiques. . Les cyclopropanes représentent un motif structural souvent retrouvé dans des agents biologiquement actifs importants et dans des intermédiaires de synthèse permettant l'accès à des architectures complexes. Malgré leur valeur intrinsèque, la fonctionnalisation directe des cyclopropanes n’a pas été largement explorée. Ce mémoire traitera de deux méthodologies liées, mais tout aussi différentes, impliquant la fonctionnalisation directe des liens C–H cyclopropaniques impliquant des réactions intramoléculaires catalysées par un complex de palladium et assistées par l’argent. Le premier chapitre présentera d’abord un bref survol de la littérature sur les fondements de la fonctionnalisation directe ainsi que les contributions majeures réalisées dans ce domaine. L’accent sera notamment mis sur la fonctionnalisation des centres sp3 et sera souligné par des exemples pertinents. Les découvertes clés concernant le mécanisme et les cycles catalytiques de ces processus seront discutées. Le second chapitre décrira comment les 2-bromoanilides peuvent être utilisés pour accéder à des motifs particuliers de type spiro 3,3’ oxindoles cyclopropyliques. L'optimisation et l’étendue de la réaction seront abordés, suivis par des études mécanistiques réfutant l’hypothèse de la formation d’un intermédiaire palladium-énolate. Ces études mécanistiques comprennent une étude cinétique de l'effet isotopique ainsi que des études sur épimérisation; celles-ci ont confirmé que la réaction se produit par arylation directe. Sur la base des résultats obtenus dans le deuxième chapitre, nous aborderons ensuite la fonctionnalisation directe des benzamides cyclopropyliques lesquels, après une ouverture de cycle, donneront de nouveaux produits benzo [c] azépine-1-ones (chapitre trois). Après avoir présenté une brève optimisation et l’étendue de la réaction, nous discuterons des études mécanistiques impliquées à déduire l'ordre des événements dans le cycle catalytique et à déterminer le rôle des réactifs. Celles-ci permetteront de conclure que la fonctionnalisation de l’unité cyclopropyle se produit avant l’ouverture de cycle et que l'acétate est responsable de la déprotonation-métalation concertée. Le dernier chapitre (chapitre quatre) traitera en rétrospective de ce qui a été appris à partir de deux méthodologies divergentes et connexes et de comment ces résultats peuvent être exploités pour explorer d’autres types de fonctionnalisations directes sur des cyclopropanes.

Synthesis of 5-Carbapterocarpens by α-Arylation of Tetralones Followed by One-Pot Demethylation/Cyclization with BBr3

5-Carbapterocarpens, one of them displaying estrogenic activity, were prepared from α-aryltetralones in high yields through a one-pot, BBr3-promoted O-demethylation and cyclization sequence. The key α-aryltetralone intermediates were obtained by direct α-arylation of tetralones with o-alkoxybromoarenes in the presence of Pd2(dba)3 (2.5 mol-%) and tBu3PHBF4 (10 mol-%) as catalysts, together with 2.5 equiv. of KOH in dioxane/H2O (4:1), under microwave irradiation conditions (80 W, 100 °C, 40 min), leading to α-monoaryltetralones in good yields.

Synthèse de motifs biarylés : fonctionnalisation directe catalysée par des métaux de transition d’espèces aromatiques non activées

Dans ce mémoire sont décrites deux méthodologies impliquant la synthèse de biaryles via l’arylation directe d’espèces aromatiques non activées, catalysée par différents éléments de transition. La première partie présente les résultats obtenus dans le cadre du développement d’une méthode simple d’arylation directe du benzène catalysée au palladium. Cette méthodologie a l’avantage de procéder sans l’ajout de ligand phosphine généralement utilisé dans les systèmes catalytiques avec le palladium et par conséquent cette réaction peut évoluer à l’air libre sans nul besoin d’une atmosphère inerte. Il est proposé que le mécanisme de formation de ces motifs biarylés pourrait passer par la mise en place d’un palladium d’espèce cationique. Ces composés pourraient éventuellement s’avérer intéressants dans la synthèse de produits pharmaceutiques comportant un motif biphényle de ce type. La deuxième partie est consacrée à une méthodologie très attrayante utilisée pour la synthèse des biphényles impliquant le fer comme catalyseur. Plusieurs catalyseurs à base de rhodium, palladium et ruthénium ont démontré leur grande efficacité dans les processus de couplage direct (insertion C-H). Cette méthodologie consiste en la première méthode efficace d’utilisation d’un catalyseur de fer dans les couplages directs sp2-sp2 avec les iodures d’aryles et iodures d’hétéroaryles. Les avantages du fer, impliquent sans contredit, des coûts moindres et des impacts environnementaux bénins. Les conditions réactionnelles sont douces, la réaction peut tolérer la présence de plusieurs groupements fonctionnels et cette dernière peut même se produire à température ambiante. La transformation s’effectue généralement avec de très bons rendements et des études mécanistiques ont démontré que le processus réactionnel était radicalaire.

Carbon-carbon bond formation : from transition metal catalysis to base-promoted homolytic aromatic substitution

Cette thèse de doctorat porte sur la catalyse à partir de métaux de transition et sur la substitution homolytique aromatique favorisée par une base visant à former de nouvelles liaisons C–C, et à ainsi concevoir de nouvelles structures chimiques. Au cours des vingt dernières années, des nombreux efforts ont été réalisés afin de développer des méthodologies pour la fonctionnalisation de liens C–H, qui soient efficaces et sélectives, et ce à faible coût et en produisant le minimum de déchets. Le chapitre d'introduction donnera un aperçu de la fonctionnalisation directe de liens C–H sur des centres sp2 et sp3. Il sera également discuté dans cette partie de certains aspects de la chimie radicalaire reliés a ce sujet. Les travaux sur la fonctionnalisation d’imidazo[1,5-a]pyridines catalysée par des compleces de ruthénium seront présentés dans le chapitre 2. Malgré l'intérêt des imidazo[1,5-a]azines en chimie médicinale, ces composés n’ont reçu que peu d'attention dans le domaine de la fonctionnalisation de liens C–H. L'étendue de la réaction et l'influence des effets stériques et électroniques seront détaillés. Les cyclopropanes représentent les 10ème cycles carbonés les plus rencontrés dans les petites molécules d’intérêt pharmacologique. Ce sont aussi des intermédiaires de synthèse de choix pour la création de complexité chimique. Malgré de grands progrès dans le domaine de la fonctionnalisation de liens C(sp3)–H, l'étude des cyclopropanes comme substrats dans les transformations directes est relativement nouvelle. Le chapitre trois présentera l'arylation intramoléculaire directe de cyclopropanes. Cette réaction est réalisée en présence de palladium, en quantité catalytique, en combinaison avec des sels d’argent. Des études mécanistiques ont réfuté la formation d'un énolate de palladium et suggéreraient plutôt une étape de métallation - déprotonation concertée. En outre, les cycles de type benzoazepinone à sept chaînons ont été synthétisés par l'intermédiaire d'une séquence d'activation de cyclopropane/ouverture/cyclisation. Une arylation directe intermoléculaire des cyclopropanes a été réalisée en présence d'un auxiliaire de type picolinamide (Chapitre 4). Les deux derniers chapitres de ce mémoire de thèse décriront nos études sur la substitution homolytique aromatique favorisée par une base. Le mécanisme de la réaction de cyclisation intramoléculaire d'halogénures d'aryle, réalisée en présence de tert-butylate de potassium, a été élucidé et se produit via une voie radicalaire (Chapitre 5). La transformation, exempte de métaux de transition, ne nécessite que la présence d’une base et de pyridine comme solvant. Cette réaction radicalaire a été étendue à la cyclisation d'iodures d'alkyle non activés en présence d'un catalyseur à base de nickel et de bis(trimethylsilyl)amidure de sodium comme base (Chapitre 6). Des études de RMN DOSY ont démontré une association entre le catalyseur, la base et le matériel de départ.

Études vers la synthèse totale du cylindrocyclophane F et Synthèse d’hétérocycles azotés fluorescents

Dans ce mémoire, deux principaux sujets seront présentés. Nos efforts se sont d’abord tournés vers la synthèse du cylindrocyclophane F, un [7,7]-paracyclophane naturel, puis vers l’élaboration d’une nouvelle classe d’hétérocycles fluorescents. Premièrement, la cyclopropanation, une des étapes clés de la synthèse du cylindrocyclophane F, ainsi qu’une nouvelle voie de synthèse passant par une réaction de cyclopropénation ont été revisitées. La possibilité d’employer une méthode de macrocyclisation, incluant une réaction de couplage de Suzuki sur deux centres sp3, a ensuite été étudiée sur un substrat modèle. Deuxièmement, la synthèse de benzo[a]imidazo[2,1,5-c,d]indolizines à partir de N-[(6-bromo-2-pyridinyl)méthyl]benzamides a été développée. Dans un premier temps, le tandem cyclodéshydratation/aromatisation effectué en présence de 2-méthoxypyridine a été optimisé afin d’obtenir la 5-bromo-3-phénylimidazo[1,5-a]pyridine. Puis, une arylation intramoléculaire en présence d’une quantité catalytique d’un complexe de palladium a permis d’obtenir l’hétérocycle fusionné désiré. Les propriétés photochimiques de cette nouvelle classe d’hétérocycles seront aussi présentées.

Design and Synthesis of Donor-Acceptor Low Band Gap Copolymers for Photoconductive and Non-linear Optical Applications

The main focus of the present study was to develop ideal low band gap D-A copolymers for photoconducting and non-linear optical applications. This chapter summarizes the overall research work done. Designed copolymers were synthesized via direct arylation or Suzuki coupling reactions. Copolymers were characterized by theoretical and experimental methods. The suitability of these copolymers in photoconducting and optical limiting devices has been investigated.The results suggest that the copolymers investigated in the present study have a good non-linear optical response and are comparable to or even better than the D-A copolymers reported in the literature and hence could be chosen as ideal candidates with potential applications for non-linear optics. The results also show that the structures of the polymers have great impact on NLO properties. Copolymers studied here exhibits good optical limiting property at 532 nm wavelength due to two-photon absorption (TPA) process. The results revealed that the two copolymers, (P(EDOT-BTSe) and P(PH-TZ)) exhibited strong two-photon absorption and superior optical power limiting properties, which are much better than that of others.

Tailoring, synthesis and structure-property relationships of 2,3-thienoimide based molecular materials

Organic molecular semiconductors are subject of intense research for their crucial role as key components of new generation low cost, flexible, and large area electronic devices such as displays, thin-film transistors, solar cells, sensors and logic circuits. In particular, small molecular thienoimide (TI) based materials are emerging as novel multifunctional materials combining a good processability together to ambipolar or n-type charge transport and electroluminescence at the solid state, thus enabling the fabrication of integrated devices like organic field effect transistors (OFETs) and light emitting transistor (OLETs). Given this peculiar combination of characteristics, they also constitute the ideal substrates for fundamental studies on the structure-property relationships in multifunctional molecular systems. In this scenario, this thesis work is focused on the synthesis of new thienoimide based materials with tunable optical, packing, morphology, charge transport and electroluminescence properties by following a fine molecular tailoring, thus optimizing their performances in device as well as investigating and enabling new applications. Investigation on their structure-property relationships has been carried out and in particular, the effect of different π-conjugated cores (heterocycles, length) and alkyl end chain (shape, length) changes have been studied, obtaining materials with enhanced electron transport capability end electroluminescence suitable for the realization of OFETs and single layer OLETs. Moreover, control on the polymorphic behaviour characterizing thienoimide materials has been reached by synthetic and post-synthetic methodologies, developing multifunctional materials from a single polymorphic compound. Finally, with the aim of synthesizing highly pure materials, simplifying the purification steps and avoiding organometallic residues, procedures based on direct arylation reactions replacing conventional cross-couplings have been investigated and applied to different classes of molecules, bearing thienoimidic core or ends, as well as thiophene and anthracene derivatives, validating this approach as a clean alternative for the synthesis of several molecular materials.

Síntese, caracterização e aplicações de fluoróforos derivados do BODIPY

O desenvolvimento de técnicas analíticas, espectroscópicas e de imagem baseadas na detecção da fluorescência está associado com a necessidade por marcadores fluorescentes com variadas características e aplicabilidades. Dentre os diversos marcadores fluorescentes disponíveis, os derivados de borodipirrometenos (BODIPY), descobertos no final da década de 1960, passaram a ser amplamente utilizados desde o final da década de 1980. Esta tese de doutorado se trata de um estudo pioneiro no Brasil, envolvendo a síntese, modificação química e caracterização fotofísica de BODIPYs. Na primeira etapa do projeto métodos de obtenção de BODIPYs foram estabelecidos e aplicados na síntese de uma biblioteca de sondas fluorescentes. O estudo fotofísico dessa biblioteca de fluoróforos nos possibilitou identificar e estudar particularidades de alguns fluoróforos, como o solvatocromismo, halocromismo e ionocromismo. A segunda etapa do projeto envolveu o estabelecimento de métodos de modificação química de BODIPYs visando a diversificação fotofísica e estrutural da biblioteca de compostos. Foram sintetizados BODIPYs reativos que foram submetidos a reações de substituição nucleofílica, Suzuki, Sonogashira, Knoevenagel e arilação direta, levando à obtenção de compostos com propriedades ópticas diversas. Por fim, na terceira etapa do projeto, está descrito o desenvolvimento de novos métodos de modificação química de fluoróforos BODIPY. Foi desenvolvido um método simples de tiocianação direta dessa classe de compostos com bons rendimentos, baseado na utilização de tiocianato de amônio e oxone ®. O escopo e as limitações do novo método de tiocianação foi estudado em BODIPYs com propriedades eletrônicas diversas. Foi mostrada ainda a conversão de BODIPYs tiocianados a derivados tioalquilados com características ópticas particulares. Em conclusão, com esta tese de doutorado foi estabelecida uma linha de pesquisa inovadora envolvendo a síntese e modificação química de uma classe de compostos com ampla aplicação tecnológica.

Novel approaches for the synthesis of C-5 modified pyrimidine nucleosides

The antiviral or anticancer activities of C-5 modified pyrimidine nucleoside analogues validate the need for the development of their syntheses. In the first half of this dissertation, I explore the Pd-catalyzed cross-coupling reaction of allylphenylgermanes with aryl halides in the presence of SbF 5/TBAF to give various biaryls by transferring multiple phenyl groups, which has also been applied to the 5-halo pyrimidine nucleosides for the synthesis of 5-aryl derivatives. To avoid the use of organometallic reagents, I developed Pd-catalyzed direct arylation of 5-halo pyrimidine nucleosides. It was discovered that 5-aryl pyrimidine nucleosides could be synthesized by Pd-catalyzed direct arylation of N3-free 5-halo uracil and uracil nucleosides with simple arenes or heteroaromatics in the presence of TBAF within 1 h. Both N3-protected and N3-free uracil and uracil nucleosides could undergo base-promoted Pd-catalyzed direct arylation, but only with electron rich heteroaromatics. ^ In the second half of this dissertation, 5-acetylenic uracil and uracil nucleosides have been employed to investigate the hydrogermylation, hydrosulfonylation as well as hydroazidation for the synthesis of various functionalized 5-vinyl pyrimidine nucleosides. Hydrogermylation of 5-alkynyl uracil analogues with trialkylgermane or tris(trimethylsilyl)germane hydride gave the corresponding vinyl trialkylgermane, or tris(trimethylsilyl)germane uracil derivatives. During the hydrogermylation with triphenylgermane, besides the vinyl triphenylgermane uracil derivatives, 5-[2-(triphenylgermyl)acetyl]uracil was also isolated and characterized and the origin of the acetyl oxygen was clarified. Tris(trimethylsilyl)germane uracil derivatives were coupled to aryl halides but with decent yield. Iron-mediated regio- and stereoselective hydrosulfonylation of the 5-ethynyl pyrimidine analogues with sulfonyl chloride or sulfonyl hydrazine to give 5-(1-halo-2-tosyl)vinyluracil nucleoside derivatives has been developed. Nucleophilic substitution of the 5-(β-halovinyl)sulfonyl nucleosides with various nucleophiles have been performed to give highly functionalized 5-vinyl pyrimidine nucleosides via the addition-elimination mechanism. The 5-(β-keto)sulfonyluracil derivative has also been synthesized via the aerobic difunctionalization of 5-ethynyluracil analogue with sulfinic acid in the presence of catalytic amount of pyridine. Silver catalyzed hydroazidation of protected 2'-deoxy-5-ethynyluridine with TMSN3 in the presence of catalytic amount of water to give 5-(α-azidovinyl)uracil nucleoside derivatives was developed. Strain promoted Click reaction of the 5-(α-azidovinyl)uracil with cyclooctyne provide the corresponding fully conjugated triazole product.^

Novel Approaches for the Synthesis of C-5 Modified Pyrimidine Nucleosides

The antiviral or anticancer activities of C-5 modified pyrimidine nucleoside analogues validate the need for the development of their syntheses. In the first half of this dissertation, I explore the Pd-catalyzed cross-coupling reaction of allylphenylgermanes with aryl halides in the presence of SbF5/TBAF to give various biaryls by transferring multiple phenyl groups, which has also been applied to the 5-halo pyrimidine nucleosides for the synthesis of 5-aryl derivatives. To avoid the use of organometallic reagents, I developed Pd-catalyzed direct arylation of 5-halo pyrimidine nucleosides. It was discovered that 5-aryl pyrimidine nucleosides could be synthesized by Pd-catalyzed direct arylation of N3-free 5-halo uracil and uracil nucleosides with simple arenes or heteroaromatics in the presence of TBAF within 1 h. Both N3-protected and N3-free uracil and uracil nucleosides could undergo base-promoted Pd-catalyzed direct arylation, but only with electron rich heteroaromatics. In the second half of this dissertation, 5-acetylenic uracil and uracil nucleosides have been employed to investigate the hydrogermylation, hydrosulfonylation as well as hydroazidation for the synthesis of various functionalized 5-vinyl pyrimidine nucleosides. Hydrogermylation of 5-alkynyl uracil analogues with trialkylgermane or tris(trimethylsilyl)germane hydride gave the corresponding vinyl trialkylgermane, or tris(trimethylsilyl)germane uracil derivatives. During the hydrogermylation with triphenylgermane, besides the vinyl triphenylgermane uracil derivatives, 5-[2-(triphenylgermyl)acetyl]uracil was also isolated and characterized and the origin of the acetyl oxygen was clarified. Tris(trimethylsilyl)germane uracil derivatives were coupled to aryl halides but with decent yield. Iron-mediated regio- and stereoselective hydrosulfonylation of the 5-ethynyl pyrimidine analogues with sulfonyl chloride or sulfonyl hydrazine to give 5-(1-halo-2-tosyl)vinyluracil nucleoside derivatives has been developed. Nucleophilic substitution of the 5-(β-halovinyl)sulfonyl nucleosides with various nucleophiles have been performed to give highly functionalized 5-vinyl pyrimidine nucleosides via the addition-elimination mechanism. The 5-(β-keto)sulfonyluracil derivative has also been synthesized via the aerobic difunctionalization of 5-ethynyluracil analogue with sulfinic acid in the presence of catalytic amount of pyridine. Silver catalyzed hydroazidation of protected 2'-deoxy-5-ethynyluridine with TMSN3 in the presence of catalytic amount of water to give 5-(α-azidovinyl)uracil nucleoside derivatives was developed. Strain promoted Click reaction of the 5-(α-azidovinyl)uracil with cyclooctyne provide the corresponding fully conjugated triazole product.

Catalytic Enantioselective alpha-Arylation of Carbonyl Compounds

Enantioselective creation of benzylic quaternary centers still is a continuous challenge to many synthetic organic chemists. Among the existing methods for installation of this type of center, the direct asymmetric alpha-arylation of carbonyl compounds is very attractive due to the ready availability of the coupling substrates. Herein, we present some new tools to the catalytic asymmetric alpha-arylation of carbonyl compounds that overcame many of the drawbacks posted in previous methods for this type of reaction.