Consecutive biocatalysis-palladium catalysis II: Synthesis of conduritol-alkyne conjugates

The palladium-catalyzed cross-coupling reaction of potassium alkynyltrifluoroborates with a chemoenzymatically derived deoxyconduritol is described. Six new compounds were synthesized in moderate to good yields. The alkynyl cross-coupling reaction can be effected using 10 mol% of Pd(PPh(3))(4) as Catalyst in toluene-H(2)O in the presence Of Cs(2)CO(3) as the inorganic base. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis of unnatural cyclitols via a combined enzymatic-palladium catalysis approach

The Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction of a hydroxylated vinyl bromide obtained by a chemoenzymatic approach with a diverse range of potassium organotrifluoroborates has been accomplished catalyzed by Pd(PPh(3))(4) in satisfactory yields. A variety of functional groups are tolerated in the nucleophilic partner. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

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.

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.

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

Palladium and organocatalysis: an excellent recipe for asymmetric synthesis

The dual activation of simple substrates by the combination of organocatalysis and palladium catalysis has been successfully applied in a variety of different asymmetric transformations. Thus, the asymmetric a-allylation of carbonyl compounds, a-fluorination of acyl derivatives, decarboxylative protonation of β-dicarbonyl compounds, cyclization reactions of alkynyl carbonyl compounds and β-functionalization of aldehydes have been efficiently achieved employing this double-catalytic methodology.

Catalytic reactions with palladium supported on mesocellular foam : Applications in hydrogenation, isomerization, and C-C bond forming reactions

The major part of this thesis concerns the development of catalytic methodologies based on palladium nanoparticles immobilized on aminopropyl-functionalized siliceous mesocellular foam (Pd0-AmP-MCF). The catalytic activity of the precursor to the nanocatalyst, PdII-AmP-MCF is also covered by this work. In the first part the application of Pd0-AmP-MCF in Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions and transfer hydrogenation of alkenes under microwave irradiation is described. Excellent reactivity was observed and a broad range of substrates were tolerated for both transformations. The Pd0-AmP-MCF exhibited high recyclability as well as low metal leaching in both cases. The aim of the second part was to evaluate the catalytic efficiency of the closely related PdII-AmP-MCF for cycloisomerization of various acetylenic acids. The catalyst was able to promote formation of lactones under mild conditions using catalyst loadings of 0.3 - 0.5 mol% at temperatures of up to 50 oC in the presence of Et3N. By adding 1,4-benzoquinone to the reaction, the catalyst could be recycled four times without any observable decrease in the activity. The selective arylation of indoles at the C-2 position using Pd-AmP-MCF and symmetric diaryliodonium salts is presented in the third part. These studies revealed that Pd0-AmP-MCF was more effective than PdII-AmP-MCF for this transformation. Variously substituted indoles as well as diaryliodonium salts were tolerated, giving arylated indoles in high yields within 15 h at 20 - 50 oC in H2O. Only very small amounts of Pd leaching were observed and in this case the catalyst exhibited moderate recyclability. The final part of the thesis describes the selective hydrogenation of the C=C in different α,β-unsaturated systems. The double bond was efficiently hydrogenated in high yields both under batch and continuous-flow conditions. High recyclability and low metal leaching were observed in both cases.

Palladium-Catalyzed Cross-Couplings of 2-Alkylaziridines and Alkenylboronic Acids

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Regio- and stereoselective microwave-assisted synthesis of 5-alkyl-4-alkenyl-4-phenyl-1,3-oxazolidin-2-ones

Chiral symmetrical alk-2-yne-1,4-diols have been stereoselectively transformed into 5-alkyl-4-alkenyl-4-phenyl-1,3-oxazolidin- 2-ones, which are precursors of quaternary α-amino β-hydroxy acids. The key step was the cyclization of the bis(tosylcarbamates) of 2- phenylalk-2-yne-1,4-diols, easily obtained from the starting chiral diols. These cyclizations were accomplished with complete regioselectivity and up to 92:8 dr in the presence of catalytic amounts of Ni(0) or Pd (II) derivatives under microwave heating.

SÍNTESE DE DERIVADOS DE FENANTRIDINONAS POR ARILAÇÃO DIRETA. CARACTERIZAÇÃO DOS ESPECTROS DE ABSORÇÃO E EMISSÃO DE EXEMPLOS REPRESENTATIVOS

The phenanthridinone heterocyclic system has attracted considerable attention in recent years due to the diverse array of physical, chemical and pharmacological properties demonstrated by natural and synthetic derivatives. As a consequence there has been considerable development of synthetic methodology for the synthesis of this and related heterocyclic ring systems. The synthetic literature is discussed and is compared with a direct arylation methodology for the intramolecular cyclization of tertiary (2-iodo)benzoylamides to generate the biaryl bond of these compounds. The efficient methodology allowed the synthesis of a number of previously unknown phenanthridinone products. The photoluminescent properties of representative examples were characterized and it is proposed that the previously unknown compound 1s reveals dual fluorescence in a manner similar to the known compound 1r.

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.

Syntheses, structures and efficient catalysis for C–C coupling of some benzaldehyde thiosemicarbazone complexes of palladium

Reaction of the 4-R-benzaldehyde thiosemicarbazones (denoted in general as L-R; R = OCH(3), CH(3), H, Cl and NO(2)) with trans-[Pd(PPh(3))(2)Cl(2)] afforded a group of mixed-ligand complexes (denoted in general as 1-R) incorporating a N,S-coordinated thiosemicarbazone. a triphenylphosphine and a chloride. Similar reaction with Na(2)[PdCl(4)] afforded a family of bis-thiosemicarbazone complexes (denoted in general as 2-R), where each ligand is N,S-coordinated. Crystal structures of 1-CH(3), 1-NO(2), 2-OCH(3), 2-NO(2) and L-NO(2) have been determined. In all the complexes the thiosemicarbazones are coordinated to the metal center, via dissociation of the acidic proton, as bidentate N,S-donors forming five-membered chelate rings. With reference to the structure of the uncoordinated thiosemicarbazone, this coordination mode is associated with a conformational change around the C=N bond. All the 1-R and 2-R complexes display intense absorptions in the visible region. Catalytic activity of the 1-R and 2-R complexes towards some C-C coupling reactions (e.g. Suzuki, Heck and Sonogashira) has been examined and while both are found to be efficient catalysts, 1-R is much better catalyst than 2-R.

omega-Transaminases as efficient biocatalysts to obtain novel chiral selenium-amine ligands for Pd-catalysis

omega-Transaminases have been evaluated as biocatalysts in the reductive amination of organoselenium acetophenones to the corresponding amines, and in the kinetic resolution of racemic organoselenium amines. Kinetic resolution proved to be more efficient than the asymmetric reductive amination. By using these methodologies we were able to obtain both amine enantiomers in high enantiomeric excess (up to 99%). Derivatives of the obtained optically pure o-selenium 1-phenylethyl amine were evaluated as ligands in the palladium-catalyzed asymmetric alkylation, giving the alkylated product in up to 99% ee.

Synthesis and stereochemistry of some bicyclic gamma-lactones from parasitic wasps (Hymenoptera : Braconidae). Utility of hydrolytic kinetic resolution of epoxides and palladium(II)-catalyzed hydroxycyclization-carbonylation-lactonization of ene-diols

A palladium(II)-catalyzed hydroxycyclization-carbonylation-lactonization sequence with appropriate pent-4-ene-1,3-diols provides efficient access to the bicyclic gamma -lactones, 5-n-butyl- and 5-n-hexyltetrahydrofuro-[3,2-b]furan-2(3H)-ones (3) and (4), respectively, in both racemic and enantiomeric forms. Some of the substrate pent-4-ene-1,3-diols of high enantiomeric excess (ee) have been derived from racemic terminal epoxides by hydrolytic kinetic resolution (HKR) using cobalt (III)-salen complexes. (9Z,12R)-(+)-Ricinoleic acid also serves as a chiral pool source of other pent-4-ene-1,3-diols. These syntheses and enantioselective gas chromatography confirm the structures and absolute stereochemistry of the lactones in some species of parasitic wasps (Hymenoptera: Braconidae). The highly abundant 5-n-hexyltetrahydrofuro-[3,2-b]furan-2(3H)-one (4) in Diachasmimorpha kraussii and D. longicaudata is of high ee (> 99%) with (3aR,5R,6aR) stereochemistry.

Synthesis, characterization and reactivity of new cobalt, palladium and nickel complexes bearing α-diimines and P, O ligands

This work describes the synthesis and characterization of a series of new α-diimine and P,O, β-keto and acetamide phosphines ligands, and their complexation to Ni(II), Co(II),Co(III) and Pd(II) to obtain a series of new compounds aiming to study their structural characteristics and to test their catalytic activity. All the compounds synthesized were characterized by the usual spectroscopic and spectrometric techniques: Elemental Analysis, MALDI-TOF-MS spectrometry, IR, UV-vis, 1H, 13C and 31P NMR spectroscopies. Some of the paramagnetic compounds were also characterized by EPR. For the majority of the compounds it was possible to solve their solid state structure by single crystal X-ray diffraction. Tests for olefin polymerization were performed in order to determine the catalytic activity of the Co(II) complexes. Chapter I presents a brief introduction to homogenous catalysis, highlighting the reactions catalyzed by the type of compounds described in this thesis, namely olefin polymerization and oligomerization and reactions catalyzed by the complexes bearing α-diimines and P,O type ligands. Chapter II is dedicated to the description of the synthesis of new α-diimines cobalt (II) complexes, of general formula [CoX2(α-diimine)], where X = Cl or I and the α-diimines are bis(aryl)acenaphthenequinonediimine) (Ar-BIAN) and 1,4-diaryl-2,3-dimethyl-1,4-diaza-1,3-butadiene (Ar-DAB). Structures solved by single crystal X-ray diffraction were obtained for all the described complexes. For some of the compounds, X-band EPR measurements were performed on polycrystalline samples, showing a high-spin Co(II) (S = 3/2) ion, in a distorted axial environment. EPR single crystal experiments on two of the compounds allowed us to determine the g tensor orientation in the molecular structure. In Chapter III we continue with the synthesis and characterization of more cobalt (II)complexes bearing α-diimines of general formula [CoX2(α-diimine)], with X = Cl or I and α-diimines are bis(aryl)acenaphthenequinonediimine) (Ar-BIAN) and 1,4-diaryl-2,3-dimethyl- 1,4-diaza-1,3-butadiene (Ar-DAB). The structures of three of the new compounds synthesized were determined by single crystal X-ray diffraction. A NMR paramagnetic characterization of all the compounds described is presented. Ethylene polymerization tests were done to determine the catalytic activity of several of the Co(II) complexes described in Chapter II and III and their results are shown. In Chapter IV a new rigid bidentate ligand, bis(1-naphthylimino)acenaphthene, and its complexes with Zn(II) and Pd(II), were synthesized. Both the ligand and its complexes show syn and anti isomers. Structures of the ligand and the anti isomer of the Pd(II) complex were solved by single crystal X-ray diffraction. All the compounds were characterized by elemental analysis, MALDI-TOF-MS spectrometry, and by IR, UV-vis, 1H, 13C, 1H-1H COSY, 1H-13C HSQC, 1H-13C HSQC-TOCSY and 1H-1H NOESY NMR when necessary. DFT studies showed that both conformers of [PdCl2(BIAN)] are isoenergetics and can be obtain experimentally. However, we can predict that the isomerization process is not available in square-planar complex, but is possible for the free ligand. The molecular geometry is very similar in both isomers, and only different orientations for naphthyl groups can be expected. Chapter V describes the synthesis of new P, O type ligands, β-keto phosphine, R2PCH2C(O)Ph, and acetamide phosphine R2PNHC(O)Me, as well as a series of new cobalt(III) complexes namely [(η5-C5H5)CoI2{Ph2PCH2C(O)Ph}], and [(η5- C5H5)CoI2{Ph2PNHC(O)Me}]. Treating these Co(III) compounds with an excess of Et3N, resulted in complexes η2-phosphinoenolate [(η5-C5H5)CoI{Ph2PCH…C(…O)Ph}] and η2- acetamide phosphine [(η5-C5H5)CoI{Ph2PN…C(…O)Me}]. Nickel (II) complexes were also obtained: cis-[Ni(Ph2PN…C(…O)Me)2] and cis-[Ni((i-Pr)2PN…C(…O)Me)2]. Their geometry and isomerism were discussed. Seven structures of the compounds described in this chapter were determined by single crystal X-ray diffraction. The general conclusions of this work can be found in Chapter VI.