Cobalt-catalyzed C-H functionalization: from mechanistic studies to synthetic methodologies

Abstract

This Ph.D. dissertation describes the synthesis and characterization of bench-top stable aryl-Co(III) organometallic species using commercially available cobalt(II) salts and a macrocyclic model substrate. Special attention will be paid to the C-H activation step to elucidate the operating mechanism in the high-valent cobalt-mediated cleavage of C-H bonds. Mechanistic experiments, as well as spectroscopic characterization of intermediates will be useful to give light to a basic underdeveloped step in cobalt C-H activation methodologies. In addition, reactivity of the isolated aryl-Co(III) intermediates towards a variety of coupling partners will be tested. On one hand, annulation reaction using alkynes will be studied. On the other hand, cobalt-mediated insertion of metal-carbenoids into C-H bonds will be evaluated using ethyl diazoacetates. Moreover, both transformation will be extrapolated to substrates bearing an 8-aminoquinoline group in cobalt-catalyzed C-H functionalization methodologies with alkynes and alkyl nitrites for the synthesis of cyclic sulfonamide motifs and 5- and 7-nitro-8-aminoquinolines, respectively

L’objectiu principal d’aquesta tesi doctoral és la síntesis i la caracterització d’espècies organometàl•liques i estables aril-Co(III), fent ús de salts de cobalt(II) i d’un lligand macrocíclic. Concretament, es focalitza l’atenció en el pas d’activació de l’enllaç C-H per tal d’esbrinar quin és el mecanisme que opera en la activació d’enllaços C-H catalitzada per espècies de cobalt en alt estat d’oxidació. Tanmateix, també es porta a terme l’estudi de la reactivitat de les especies organometàl•liques aril-Co(III) amb diferent parelles d’acoblament. D’una banda, s’estudia la formació d’anells fent ús d’alquins. D‘altra banda, s’estudia la inserció d’espècies metall-carbenoid en enllaços C-H catalitzada per cobalt, fent ús d’etil diazo acetat. Finalment, aquesta reactivitat s’extrapola a substrats que contenen el grup 8-aminoquinolina. Així doncs, es desenvolupen metodologies per la síntesis de sulfonamides cícliques així com per la formació de 5- i 7-nitro-8-aminoquinolines fent ús d’alquins i nitrit de tert-butil, respectivament