Design of tailor-made chiral ligand libraries for C-X bond forming reactions. Study of the key intermediates by NMR and DFT

Abstract

El desenvolupament de metodologies per a l’obtenció de compostos enantiomèricament purs ha incrementat en les últimes dècades, ja que aquests productes quirals tenen un gran impacte en la societat actual perquè són la base de fàrmacs, insecticides, perfums i productes naturals, entre altres. La catàlisi asimètrica en la que el catalitzador està basat en un centre metàl·lic i un lligand coordinat al metall ha estat la tècnica més emprada en els últims anys. Aquests complexos organometàl·lics ofereixen propietats molt concretes, com per exemple la seva gran selectivitat en els processos enantioselectius i altes activitats per a reaccions específiques. La modificació del lligand serà clau per a poder obtenir grans nivells de selectivitat i altes activitats; per això els lligands han de ser modulables, la qual cosa permetria poder realitzar canvis estructurals del lligand i poder estudiar la seva influencia en la reacció, i així saber l’estructura idònia del lligand que aporti millors resultats en la catàlisi asimètrica. En aquest context, aquesta tesi doctoral es basa en la síntesi de diferents lligands quirals fosfit-nitrogen i la seva aplicació en diferents reaccions enantioselectives catalitzades per metall. Més concretament,s'ha treballat en la substitució al·lílica asimètrica catalitzada per pal·ladi, la descarboxilació protonativa d'a-aryl oxindoles catalitzada per pal·ladi, la hidrogenació asimètrica d'olefines poc funcionalitzades catalitzada per iridi, la hidroboració asimètrica d'olefines catalitzada per iridi i la addició enantioselectiva de compostos organoaluminats a aldehids catalitzada per níquel.

El desarrollo de metodologías para la obtención de compuestos enantioméricamente puros ha incrementado durante las últimas décadas, debido a la importancia de estos productos quirales en la sociedad actual, ya que son la base de fármacos, insecticidas y perfumes, entre otros. La catálisis asimétrica en la que el catalizador está basado en un centro metálico i un ligando coordinado al metal, ha sido la técnica más usada en los últimos años. Estos complejos organometálicos ofrecen unas propiedades concretas, como por ejemplo su gran selectividad y elevada actividad. La modificación del ligando será clave para la obtención de elevados niveles de selectividad y actividad. Estos ligandos han de ser altamente modulables, lo que permitiría realizar cambios estructurales y así poder estudiar su influencia en la reacción. En este contexto, esta tesis doctoral se basa en la síntesis de ligandos quirales fosfito-nitrogeno y su aplicación en diferentes reacciones enantioselectivas catalizadas por metal. Más concretamente, se ha trabajado en la sustitución alílica asimétrica catalizada por paladio; la descarboxilación protonativa de alfa aril onxindolas catalizada por paladio, la hidrogenación asimétrica de olefinas poco funcionalizadas catalizada por iridio, la hidroboración asimétrica catalizada por iridio y la adición enantioselectiva de compuestos trialquilaluminio a aldehídos, catalizada por níque

Fine chemicals and natural product chemistry rely on enantiomerically pure compounds. The growing demand on these compounds has stimulated the research for efficient asymmetric processes, which provided high activity and selectivity with minimum energy consumption and minimum generation of byproducts. In drugs and also in natural product chemistry, one enantiomer has the desired properties whereas the opposite enantiomer is either inactive or has undesirable side-effects. The discovery of synthetic routes for obtaining enantiomerically pure compounds is therefore one of the most pursued goals in chemistry. Particularly, asymmetric catalysis is one of the most attractive approach because it can provide very high reactivity and selectivity. Usually, with this strategy, a transition-metal complex containing a chiral ligand catalyzes the transformation of a prochiral substrate to one enantiomer as major product. To reach high levels of reactivity and selectivity, several reaction parameters need to be optimized. For example, the design of a chiral ligand is perhaps one of the most crucial step. In this context, this thesis focuses on the development of new chiral ligand libraries, the synthesis of new chiral catalyst and their application in the Pd-catalyzed asymmetric allylic substitution, Pd-catalyzed decarboxylative protonation of oxindoles, Ir-catalyzed asymmetric hydrogenation, Ir-catalyzed asymmetric hydroboration and Ni-1,2-addition of organoaluminum to aldehydes.