Functionalization of strong sigma bonds by Nickel and Tungsten catalysis

Abstract

Durant els últims anys, la funcionalització d’enllaços sigma forts mitjançant catàlisis amb metalls de transició ha rebut una atenció exponencial en el camp de la química orgànica. Especialment, la ruptura d’enllaços C–O, C–N i C–H ha sigut senyalada com objectiu degut a la prevalença d’aquests enllaços en productes naturals, agroquímics i en materials, entre altres, i la necessitat de descobrir noves estratègies que ofereixin als químics noves eines per projectes futurs. Els alcohols i les amines presenten una barrera d’activació alta per la ruptura catalítica dels seus enllaços C–O i C–N, la qual cosa ha promogut l’ús de derivats per sobrepassar aquesta limitació. D’aquesta manera, en aquesta Tesis Doctoral es presenta la utilització de benzil pivalats secundaris i sals de piridini com a reactius derivats dels esmentats compostos, en reaccions d’acoplamient creuat catalitzades per níquel per la formació de nous enllaços C–Heteroàtom i C–C, respectivament. Per una banda, es presenta una nova metodologia per la primera borilació estereoespecífica de benzil pivalats secundaris catalitzada amb níquel. Per altra banda, es demostra la funcionalització d’alquil amines no activades mitjançant la formació de salts de piridini oferint un procés de desaminació en carbonis sp3 seguit d’una arilació catalitzada amb níquel. Per últim, promoguts per l’omnipresència dels enllaços C–H en compostos naturals, vam centrar la nostra atenció en l’activació dels esmentats enllaços. Tot i que la catàlisis amb níquel ha demostrat la seva utilitat i eficiència, en aquest treball visualitzem l’ús de catàlisis amb wolframi en el camp de les funcionalitzacions remotes, les quals podran desencadenar en noves transformacions. D’aquesta manera, a la Tesis es mostra una β-hidroboració selectiva d’enllaços C–H mitjançant la utilització d’alquens-amides catalitzades amb wolframi.

Durante los últimos años, la funcionalización de fuertes enlaces sigma mediante catálisis con metales de transición ha reunido una atención exponencial en el campo de la química orgánica. Especialmente, la ruptura de enlaces C–O, C–N y C–H ha sido señalada como objetivo debido a la prevalencia de dichos enlaces en compuestos presentes en la naturaleza, agroquímicos y en materiales, entre otros, y la necesidad de descubrir nuevas estrategias que ofrezcan a los químicos nuevas herramientas para futuros proyectos. Los alcoholes y aminas posen una alta barrera de activación para la ruptura catalítica de sus enlaces C–O y C–N, lo cual ha promovido el uso de derivados para sobrepasar esta limitación. De este modo, en esta Tesis Doctoral se presenta la utilización de bencil pivalatos secundarios y sales de piridinio como dichos reactivos derivados en reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por níquel para la formación de nuevos enlaces C–Heteroátomo y C–C, respectivamente. Por un lado, se presenta una nueva metodología para la primera borilación estereopecífica de bencil pivalatos secundarios catalizada por níquel. Por otro lado, se demuestra la funcionalización de alquil aminas no activadas a través de la formación de sales de piridinio y permite un proceso de desaminación en carbonos sp3 seguido por una arilación catalizada por níquel. Por último, promovidos por la omnipresencia de los enlaces C–H en la naturaleza centramos nuestra atención hacia la activación de dichos enlaces. A pesar de que la catálisis con níquel ha demostrado su utilidad y eficiencia, en este trabajo visualizamos la utilización de catálisis con wolframio en el campo de las funcionalizaciones remotas, las cuales podrán dirigir a nuevas transformaciones. De esta manera, se muestra en la Tesis una β-hidroboración selectiva de enlaces C–H mediante el empleo de alquen-amidas catalizadas por wolframio.

During last years, the functionalization of strong sigma bonds by transition metal catalysis has gathered exponential attention in the organic chemistry field. Especially, the scission of C–O, C–N and C–H bonds has been targeted due to the prevalence of these bonds in nature, agrochemicals and material science, among others, and the necessity to fulfil novel strategies that offer chemists new tools for future endeavours. Alcohols and amines possess a high activation barrier for C–O and C–N catalytic cleavage, which has prompted the use of derivatives to overpass this limitation. In this line, this Doctoral Thesis presents the utilization of secondary benzyl pivalates and pyridinium salt as partners in nickel catalyzed cross-coupling reactions for the formation of new C–Heteroatom and C–C bonds, respectively. In one side, a new methodology for the first nickel-catalyzed stereospecific borylation of secondary benzyl pivalates is presented. On the other hand, the functionalization of unactivated alkyl amines via the formation of pyridinium salts is demonstrated and allows the deaminative arylation of sp3 carbon centers catalyzed by nickel. Finally, spurred by the ubiquitous prevalence of C–H bonds in nature we focused our efforts toward the activation of such bonds. Despite nickel catalysis has demonstrated its utility and efficiency, this dissertation envisioned the utilization of tungsten catalysis in the field of remote functionalization of C–H bonds that would lead to new transformations. Gratefully, site-selective β-hydroboration of C–H bonds by the utilization of alkene amides catalyzed by tungsten is shown herein.