Development of hypervalent iodine(iii)-mediated chemical reactions

Abstract

El iode hipervalent representa una poderosa eina per dur a terme diferent reaccions d’oxidació en condicions lliures de metalls. S’han realitzat estudis mecanístics que inclouen experiments de control físic-orgànics relatius a la diaminació intermolecular d’alquens mediats per iode(III) que han servit per a demostrar la veracitat dels càlculs computacionals realitzats prèviament.

Aquesta informació va proporcionar una visió crucial per al desenvolupament d’una nova reacció enantioselectiva de diaminació d’estirens catalitzada per iode(III). El disseny d’un nou catalitzador quiral de iode basat en l’ús de l’àcid làctic com a font econòmica de quiralitat representa la clau d’aquest assoliment. L’optimització del catalitzador implica l’increment de la densitat d’electrònica en el nucli de iode i un motiu d’amida secundària en la cadena lateral de lactat quiral. Entre els diferents oxidants terminals, el mCPBA ha resultat ser el més eficient conduint a bons rendiments i excel·lent enantioselectivitats (>99% ee). L’abast de la reacció comprèn alquens terminals i alquens interns dins del motiu de l’estirè.

En un estudi addicional, es va aconseguir la formació d’un nou enllaç carboni-bor. Així doncs, la borilació de sals de diariliodoni va ser possible després d’identificar el contra-anió del reactiu de diariliodoni més adequat. Mitjançant la generació in situ umpolung al centre de bor, la seva arilació per el reactiu hipervalent esdevé possible. Amb aquest fi, diferent acetats de diariliodoni van ser sintetitzats, demostrant la gran aplicabilitat d’aquest nou mètode respecte al grup aromàtic transferible. Aquest mètode s’afegeix a l’escàs nombre de reaccions de borilació en condicions lliures de metalls.

Los reactivos de iodo hipervalente representan una herramienta muy poderosa para la realización de diferentes oxidaciones libres de metal. Se llevaron a cabo estudios mecanísticos incluyendo experimentos físico-orgánicos de control respecto a la diaminación intermolecular de alquenos, demostrando la veracidad de los cálculos DFT previamente realizados.

Esta información resultó crucial para el desarrollo de una pionera diaminación enantioselectiva de estirenos catalizada por iodo(III). Uno de los mayores logros es el diseño de un nuevo catalizador de iodo quiral basado en el ácido láctico como fuente económica de información estereoquímica. La optimización del catalizador incluye un aumento crucial de electrondensidad en el núcleo de iodo y la presencia del grupo amida en la cadena de lactato quiral. Entre los diferentes oxidantes terminales probados, mCPBA resultó ser el más eficiente, dando buenos rendimientos y una enantioselectividad sin precedentes, siendo ésta siempre superior al 90% ee. Esta reacción puede extenderse a alquenos terminales e internos que contengan la estructura de estireno. Este logro representa uno de los resultados más avanzados en la diaminación asimétrica de alquenos.

En un estudio adicional, se consiguió una nueva formación de enlaces carbono-boro. Aquí, la borilación de sales de diariliodonio fue posible tras la identificación de un contraión apropiado en el reactivo de diariliodonio. Gracias a la generación in situ de un umpolung en el centro de boro, su arilación por el reactivo hipervalente es posible. Con esta finalidad, se sintetizaron diferentes acetatos de diariliodonio y se demostró la gran aplicabilidad de esta metodología en la transferencia de grupos aromáticos. Este protocolo representa uno de los pocos procesos económicos de borilación en ausencia de metal.

Hypervalent iodine(III) reagents represent a powerful tool for the realisation of different metal-free oxidation reactions. Mechanistic studies including physical-organic control experiments concerning the oxidative iodine(III)-mediated intermolecular diamination of alkens were carried out, demonstrating the veracity of previous DFT calculations.

This information provided crucial insight for the development of a pioneering iodine(III)-catalysed enantioselective diamination of styrenes. The design of a novel chiral iodine catalyst based on lactic acid as economic chiral information source represents the key accomplishment. Catalyst optimisation involves a crucial electrondensity enhancement at the iodine core and a secondary amide motive in the chiral lactate side chain. Among different terminal oxidants, conventional mCPBA emerged as the most efficient one leading to good yields and unprecedented enantioselectivities of above 90% ee. The scope of the reaction comprises terminal and internal alkenes within the styrene motif. It represents the state of the art in asymmetric diamination of alkenes.

In an additional study, a novel carbon-boron bond formation was accomplished. Here, borylation of diaryliodonium salts was encountered feasible upon identification of a suitable counterion in the diaryliodonium reagent. By generating an in situ umpolung at the boron centre, its arylation by the hypervalent reagent becomes viable. To this end, different diaryliodonium acetates were synthesised, thereby successfully demonstrating a broad applicability of this new methodology regarding the transferable aromatic group. This protocol adds to the still scarce number of economic borylation reactions under metal-free conditions.