Exploiting Organocatalysis in Photochemical Processes

Abstract

El treball descrit en aquesta dissertació es centra en la implementació d’estratègies organocatalítiques per superar les limitacions de processos fotoquímics establerts. Específicament, dues transformacions impulsades per la llum han estat estudiades: (i) la fotoenolizació de 2-alquilbenzofenones per accedir a intermedis enòlics transitoris (fotoenols), i (ii) la ruptura homolítica fotoinduïda de derivats ditiocarbonílics per produir radicals. Per un costat, el procés de fotoenolizació acoblat amb la reactivitat de tipus Diels-Alder (seqüència fotoenolizació/ Diels-Alder) és una reacció fotoquímica històrica amb aplicacions conegudes en síntesi total. Malgrat això, una variant asimètrica d’aquest procés no ha estat encara reportada. Els Capítols II i III demostren com l’organocatàlisi asimètrica proporciona eines simples i efectives per fer participar a les espècies fotoenòliques en processos de tipus Diels-Alder i aldòlics altament estereoselectius. Per un altre costat, la ruptura fotolítica de espècies ditiocarboníliques capaces d’absorbir la llum visible, és un mètode conegut per la generació de radicals sota condicions suaus de reacció. Aquesta tecnologia fa ús de quantitats estequiomètriques de compostos ditiocarbonílics fàcilment accessibles. Encara que aquesta estratègia ha millorat considerablement les condicions per accedir a la reactivitat de tipus radicalària, aquesta requereix la síntesi prèvia de compostos que continguin la funcionalitat ditiocarbonílica. El Capítol IV detalla com aquest mètode de generació de radicals pot ser realitzat catalíticament, mitjançant el disseny d’un catalitzador

El trabajo descrito en esta disertación se centra en la implementación de estrategias organocatalíticas para superar las limitaciones de procesos fotoquímicos establecidos. Específicamente, dos transformaciones promovidas por la luz han sido estudiadas: (i) la fotoenolización de 2-alquilbenzofenonas para acceder intermedios enólicos transitorios (fotoenoles), y (ii) la ruptura homolítica fotoinducida de derivados ditiocarbonílicos para producir radicales. Por un lado, el proceso de fotoenolización acoplado con la reactividad de tipo Diels-Alder (secuencia fotoenolización/ Diels-Alder) es una histórica reacción fotoquímica con aplicaciones conocidas en síntesis total. Sin embargo, una variante asimétrica de este proceso no ha sido reportada. Los Capítulos II y III demuestran cómo la organocatálisis asimétrica proporciona herramientas simples y efectivas para hacer participar a las especies fotoenólicas en procesos de tipo Diels-Alder y aldólicos altamente esteroselectivos. Por otro lado, la ruptura fotolítica de especies ditiocarbonílicas capaces de absorber luz visible, es un conocido método para la generación de radicales bajo condiciones suaves de reacción. Esta tecnología hace uso de cantidades estequiométricas de compuestos ditiocarbonílicos fácilmente accesibles. Aunque esta estrategia ha mejorado considerablemente las condiciones para acceder a la reactividad de tipo radicalaria, ésta requiere la síntesis previa de compuestos que contentan la funcionalidad ditiocarbonílica.

The work described in this dissertation focuses on the implementation of organocatalytic strategies to overcome limitations of established photochemical processes. Specifically, two known light-driven transformations have been studied: (i) the photoenolization of 2-alkyl-benzophenones to access transient enol-intermediates (photoenols), and (ii) the photoinduced homolytic cleavage of stoichiometric dithiocarbonyl derivatives to produce radicals. On the one hand, the photoenolization process coupled with classical Diels-Alder chemistry (photoenolization/Diels- Alder sequence) is an historical photochemical reaction with known applications in total synthesis. However, an asymmetric catalytic variant of this light-driven transformation has remained elusive over the years. Chapter II and Chapter III demonstrate how asymmetric organocatalysis provides simple but effective catalytic tools to engage photoenols in highly stereoselective Diels-Alder and Aldol-type processes, respectively. On the other hand, the photolytic cleavage of visible-light-absorbing dithiocarbonyl-based compounds is a known effective method for the mild generation of radicals. This technology uses stoichiometric amounts of easy-to make dithiocarbonyl-based substrates, capable of triggering the formation of open-shell intermediates upon direct light-excitation. Although this strategy has greatly enhanced the conditions to access radical-type reactivity, it still relies on purposely designed stoichiometric reagents.