Ferrocene-Based Chiral Catalyst Design for Enantioselective Cycloadditions Reactions

Abstract

Aquesta tesi descriu el disseny i la síntesi d’una nova classe de lligands basats en ferrocè, i la seva aplicació a la catàlisi enantioselectva amb Au(I). Aquests lligands han estat específicament implementats per superar les dificultats de la catàlisi enantioselectiva amb Au(I) a causa de la separació espacial entre la informació quiral del lligand i el centre actiu localitzat a la cara oposada del metall. S’ha desenvolupat una síntesi modular d’1-(2’-dialquilarilfosfina)-3-arilferrocè, permetent l’accés a una família de complexes quirals d’Au(I) amb diferents propietats estèriques i electròniques. S’ha identificat un complex quiral d’Au(I) com a catalitzador per la cicloaddició [4+2] formal d’1,6-arilenins amb elevats rendiments i bones enantioselectivitats. El mode d’acció del catalitzador ha estat estudiat computacionalment, trobant-se que una interacció atractiva no covalent entre el lligand i el substrat és crucial per assolir una elevada inducció enantiomèrica. Així mateix, hem aplicat un complex d’Au(I), amb un lligand fosfina que inclou una pirrolidina quiral 2,5-disustituida amb simetria C2 a una posició remota, a la síntesi de ferrocens amb quiralitat planar mitjançant una reacció d’hidroarilació de (2-alquinilaril)ferrocens.

La presente tesis describe el diseño y la síntesis de una nueva clase de ligandos basados en ferroceno, y su aplicación en catálisis enantioselectiva con Au(I). Estos ligandos han sido específicamente implementados para superar las dificultades de la catálisis enantioselectiva con Au(I) debido a la separación espacial entre la información quiral en el ligando y el centro activo localizado en la cara opuesta del metal. Se ha desarrollado una síntesis modular de 1-(2’-dialquilarilfosfina)-3-arilferroceno, permitiendo el acceso a una familia de complejos quirales de Au(I) con diferentes propiedades estéricas y electrónicas. Se identificó un complejo quiral de Au(I) como catalizador para la cicloadición [4+2] formal de 1,6-arileninos con elevados rendimientos y buenas enantioselectividades. El modo de acción de nuestro catalizador quiral se ha estudiado computacionalmente, encontrándose que una interacción atractiva no covalente entre el ligando y el sustrato es crucial para lograr una elevada inducción enantiomérica. Asimismo, hemos aplicado un complejo de Au(I), cuyo ligando fosfina incluye una pirrolidina quiral 2,5-disustituida con simetría C2 en posición remota, a la síntesis de ferrocenos con quiralidad planar mediante una reacción de hidroarilación de (2-alquinilaril)ferrocenos.

This thesis describes the design and synthesis of a new class of ferrocene-based ligands applied to enantioselective gold(I) catalysis. These ligands have been specifically implemented to overcome difficulties of enantioselective gold(I) catalysis due to the spatial separation between the chiral information on the ligand and the catalytic site located on the opposite side of the metal center. A modular synthesis of 1-(2’-dialkylarylphosphine)-3-arylferrocene was developed allowing to access a family of chiral gold(I) complexes bearing various steric and electronic properties. One chiral gold(I) complex was identified to catalyze the formal [4+2] cycloaddition of 1,6-arylenynes in high yields and good enantioselectivities. The working mode of our chiral catalysts was studied computationally. An attractive non-covalent interaction between the ligand and the substrate was found to be crucial to achieve high enantioinduction. Additionally, we applied a phosphine-supported gold(I) complex containing a chiral remote C2-symmetric 2,5-disubstituted pyrrolidines to the enantioselective synthesis of planar chiral ferrocenes by hydroarylation of (2-alkynylaryl)ferrocenes.