Dissecting Intermolecular Gold Catalysis: Application to the Total Synthesis of Rumphellaone A

Abstract

Les cicloadicions intermoleculars catalitzades amb or són especialment challenging per fer una activació selectiva en presencia de diferents grups funcionals. A més, les propostes mecanístiques existents es basaven en estudis superficials i analogies. Recentment, hem desenvolopat la macrociclació d'enins llargs a través d'una ciclació [2+2] i una reacció cascada [2+2+2] entre un alquí, un alquè i un grup carbonil. Així, hem portat a terme un estudi mecanístic de la cicloadició [2+2+2] per descobrir la presència d'estructures amb dos àtoms d'or fora del cicle catalític. Aleshores, vam disenyarun conjunt de catalitzadors nous modificant l'anió per evitar la formació d'aquestes espècies. Els complexes d'or amb BArF4- van implicar una millora del 10 al 30% en els rendiments a la majoria de reaccions catalitzades amb or. El seu efecte va ser estudiat a través de la cicloadició [2+2] d'alquins amb alquens. Finalment, vam iniciar la síntesis total de la Rumphellaone A utilitzant un anàlisi retrosintètic basat en els estudis mencionats. Així, vam desenvoluar la cicloadició [2+2] seguida d'una hidrogenació i la oxidació d'un anell aromàtic. L'esterificació de l'àcid corresponent i la protecció d'una cetona van permetre obtenir el substrat adequat per portar a terme una isomerització cap al diasteroisòmer correcte. La construcció de la metilcetona va ser possible a través d'una amida de Weinreb i actualment s'està treballant en una alilació diastereoselectiva seguida d'una oxidació Waker inversa. Intents de desenvolupar la cicloadició [2+2] enantioselectivament també s'han portat a terme.

Las cicloadiciones intermoleculares catalizadas por oro son especialmente challenging para hacer una activación selectiva en presencia de diferentes grupos funcionales. Además, las propuestas mecanísticas existentes se basaban en estudios superficiales y analogías. Recientemente, desarrollamos la macrociclación de eninos largos a través de una cicloadición [2+2] y una reacción de cascada [2+2+2] entre un alquino, un alqueno y un grupo carbonilo. Así, llevamos a cabo un estudio mecanístico de la cicloadición [2+2+2] y descubrimos la presencia de estructuras con dos atomos de oro que se encontraban fuera del ciclo catalítico. Entonces, diseñamos un conjunto de nuevos catalizadores modificando el anión para evitar la formación de esas especies. Los complejos de oro con BArF4- implicaron una mejora del 10 al 30% de rendimiento en la mayoría de reacciones catalizadas por oro. Ese efecto fue estudiado a través de la cicloaddición [2+2] de alquinos y alquenos. Finalmente, empezamos la síntesis total de la Rumphellaone A usando un análisis retrosintético basado en los estudios mencionados. Así, desarrollamos la cicloadición [2+2] seguida de una hidrogenación y la oxidación de un anillo aromático. La esterificación de l'ácido correspondiente y la protección de una cetona formaron el sustrato adecuado para desarrollar una isomerización hacia el diasteroisomero correcto. La construcción de la metilcetona fue posible a través de una amida de Weinreb y actualmente se está trabajando en una alilación diastereoselectiva seguida de una oxidación Waker inversa. Intentos de desarrollar la cicloadición [2+2] enantioselectiva también se han llevado a cabo.

Gold-catalyzed intermolecular cycloadditions have proven to be challenging due to the selective activation in the presence of different functionalities. Moreover, the mechanistic proposals for such transformations were based on vage studies and analogies. We have recently developed the macrocyclization of large enynes via [2+2] cycloaddition as well as a cascade [2+2+2] reaction of an alkyne, an alkene and a carbonyl group. Furthermore, we performed a detailed mechanistic study of the [2+2+2] cycloaddition, which led to the discovery of digold structures outside the catalytic cycle. Thus, we designed a set of new catalysts tuning the counterion in order to avoid the formation of such species. Gold complexes bearing BArF4- led to improvements from 10 to 30% yield in most of the gold-catalyzed transformations performed. This effect was rationalized by studing the [2+2] cycloaddition of alkynes and alkenes. Finally, we started the total synthesis of Rumphellaone A using a retrosynthetic analysis based on the studies already mentioned. Thus, a [2+2] cycloaddition was followed with a hydrogenation reaction and the oxidation of an aryl ring. Esterification of the corresponding carboxylic acid and protection of a ketone led to the appropiate substrate to perform an isomerization towards the correct diastereoisomer. Construction of the methyl ketone was achieved via a Weinreb amide and the diastereoselective allylation followed by a reverse Waker oxidation are on going work. Attempts towards the enantioselective gold-catalyzed [2+2] cycloaddition have also been performed.