Ni-catalyzed fixation of heterocumulenes into organic matter and c-h functionalization reactions

Abstract

Durant la meva tesi doctoral he estat treballant en quatre projectes. Els dos primers relacionats amb la fixacio de CO2 mitjançant tècniques catalítiques i els dos últims emprant iocianats en hidroamidació reductora i funcionalització d'enllaços C-H. Els meus estudis relacionats amb el diòxid de carboni es basen majoritariment en la síntesi d'àcids carboxílics, molècules que a pesar de la seva simplicitat es troben en un gran nombre de productes naturals. La utlitizació de CO2 (abundant, econòmic i inocu) com a font de compostos d'una unitat de caboni representa una alternativa elegant en la preparació d'àcids carboxílics. Els mètodes clàssics de preparació d'àcids carboxílics requereixen l'ús d'espècies metàl·liques ben definides, sensibles a l'aire i en cuantitats estequiomètriques. A més, al final necessiten ser preparats a partir del corresponent halur orgànic. Vegent tot com açò un repte, busquem desenvolupar protocols catalítics de carboxilació reductora emprant CO2 en condicions de reacció suaus i fàcils d'aplicar. Basant-se en els nostres estudis de reacción reductores d'acomplament creuat de dos electròfils, desenvoluparem un mètode de hidroamidació d'alquens amb isocianats que empra simples bromurs d'alquil com a font d'hidrur. Seguint el nostre interés en aquesta reacció selectiva, desenvoluparem un mètode de funcionalització d'enllaços C(sp2)-H o C(sp3)-H i formació d'enllaços C-O catalitzat per un reactiu de iode (III) generat in situ. Les reaccions transcorren en condicions suaus de reacció i mostren un interesant canvi en la selectivitat depenent del catalizador emprat.

Durante mi tesis doctoral, he trabajado en cuatro proyectos. Los dos primeros relacionados con la fijación de CO2 mediante técnicas catalíticas y los últimos dos usando isocianatos en hidroamidación reductora y funcionalización de enlaces C-H. Mis estudios relacionados con el dióxido de carbono se basan primordialmente en la síntesis de ácidos carboxílicos, moléculas que a pesar de su tremenda simplicidad se encuentran en un amplio rango de productos naturales. La utilización de CO2 (abundante, económico e inocuo) como fuente de compuestos de una unidad de carbono representa una alternativa elegante en la preparación de ácidos carboxílicos. Los métodos clásicos de preparación de ácidos carboxílicos requieren el uso de especies metálicas bien definidas, sensibles al aire y en cantidades estequiométricas. Además, al final necesitan ser preparados a partir del correspondiente haluro orgánico. Viendo esto como un reto, buscamos desarrollar protocolos catalíticos de carboxilación reductora usando CO2, usando condiciones de reacción suaves y fáciles de aplicar. Basándonos en nuestros estudios de reacciones reductoras de acoplamiento cruzado de dos electrófilos, desarrollamos un método convenciente de hidroamidación de alquinos con isocianatos que usa simples bromuros de alquilo como fuente de hidruro. Siguiendo nuestro interés en esta reacción selectiva, desarrollamos un método de funcionalización de enlaces C(sp2)-H o C(sp3)-H y formación de enlaces C-O catalizado por un reactivo de iodo (III) generado in situ. Las reacciones transcurren bajo condiciones suaves de reacción y muestran un interesante cambio en la selectividad dependiendo del catalizador usado.

During my PhD studies, I have focus my attention primary on 4 projects, two of these dealing with the ability to promote catalytic CO2 fixation techniques, and the last two using isocyanates in reductive hydroamidation and C-H functionalization. The interest of my studies for carbon dioxide relies primarily on the synthesis of carboxylic acids, molecules that despite their tremendous simplicity are incredibly prevalent in a wide number of pharmaceuticals. The utilization of abundant, cheap and non-toxic CO2 as C1 synthon represents an elegant alternative for preparing carboxylic acids. However, the classical methods are limited to stoichiometric, well-defined and air-sensitive metal species that ultimately need to be prepared from the corresponding organic halide. Challenged by such perception, we would like to develop mild, user-friendly catalytic reductive carboxylation protocols with CO2, thus avoiding the need for stoichiometric organometallic reagents. In line with our studies in reductive electrophile-electrophile cross coupling reactions, we developed a convenient hydroamidation reaction of alkynes with isocyanates that utilizes simple alkyl bromides as hydride source. Following up with our interest in selective reaction, we established a C(sp2)-H or C(sp3)-H functionalization/C-O bond forming process catalyzed by in situ generated I(III) reagent. The reactions occurred under mild conditions and with an intriguing selectivity switch depending on the catalyst used.