Mechanistic insights into metal-catalyzed hydroamination reactions

Abstract

El tema de esta tesis es el estudio DFT del mecanismo de hidroaminaciones intermoleculares catalizadas por catalizadores de rodio y oro. Los compuestos que contienen nitrógeno son muy valiosos y tienen muchos usos que van desde productos farmacéuticos hasta productos químicos. La reacción de hidroaminación es la vía más económica para sintetizar aminas sustituidas. Los catalizadores metálicos que han sido desarrollados para la hidroaminación directa incluyen tanto lantánidos como metales de transición tempranos y tardíos. Los catalizadores más versátiles para la hidroaminación intermolecular se basan en metales de transición tardíos. Hay muchos estudios publicados en los últimos años acerca de esta reacción, pero a pesar del esfuerzo algunas preguntas permanecen abiertas. Los principales retos de las reacciones de hidroaminación son el uso de aminas simples y sustratos inactivados, la versión intermolecular, el control de la regioselectividad (especialmente la versión anti-Markovnikov) y la versión asimétrica. En esta tesis nos hemos centrado principalmente en el estudio del control de la regioselectividad en la versión intermolecular de esta reacción y en un proceso asimétrico. El primer y segundo capítulo son una introducción al tema y una explicación teórica de todos los temas utilizados en esta tesis. En el tercer capítulo se recogen los puntos que este trabajo pretende lograr, en el cuarto capítulo se estudió una reacción de hidroaminación anti-Markovnikov de alquenos catalizada por un catalizador de rodio desarrollado por Hartwig et al. El quinto capítulo trata de la reacción de hidroaminación enantioselectiva de alenos catalizados por un catalizador de rodio. El sistema desarrollado por Breit y compañeros ha sido elegido para nuestro estudio. El sexto capítulo está dedicado a la reacción de hidroaminación de alquinos, alquenos y alenos con hidracina catalizada por tres catalizadores catiónicos de oro diferentes desarrollados por los grupos de Bertrand y Hasmi. En el séptimo capítulo estudiamos una reacción de hidroaminación anti-Markovnikov catalizada por oro. El sistema de Widenhoefer ha sido seleccionado ya que es el único ejemplo presente en la literatura. El último capítulo de esta tesis incluye una breve conclusión y un resumen del resultado del trabajo realizado.

The topic of this thesis is the DFT study of the mechanism of intermolecular hydroaminations catalyzed by rhodium and gold catalyst. The nitrogen-containing compounds are very valuable and have a lot of uses ranging from pharmaceutical to chemical. The hydroamination reaction is the most economical pathway to synthesize substituted amines. Metal catalysts developed for direct hydroamination includes lanthanides, as well as early and late transition metals. The most versatile catalysts for the intermolecular hydroamination are based on late transition metals. There are a lot of studies published in recent years about this reaction, but despite the effort some questions remain open. The main challenges of hydroamination reactions are the use of simple amines and unactivated substrates, the intermolecular version, the control of regioselectivity (especially the anti-Markovnikov version) and the asymmetrical version. In this thesis we mainly focused on the study of the control of regioselectivity in the intermolecular version of this reaction and an asymmetric process. The first and second chapters are an introduction to the subject and a theoretical explanation of all the topics used in this thesis. In the third chapter are collected the points this work pretends to achieve, in the fourth chapter we studied an anti-Markovnikov hydroamination of alkenes catalyzed by a rhodium catalyst developed by Hartwig et al. The fifth chapter deals with the enantioselective hydroamination of allenes catalyzed by a rhodium catalyst. The system developed by Breit and coworkers has been chosen for our study. The sixth chapter is devoted to the hydroamination reaction of alkynes, alkenes and allenes with hydrazine catalyzed by three different cationic gold catalysts developed by Bertrand and Hasmi’s groups. In the seventh chapter we studied an Au-catalyzed anti-Markovnikov hydroamination. The Widenhoefer system has been selected since is the only example in the literature. The last chapter of this thesis includes a brief conclusion and summary of the outcome of the work carried out.