Excitation of organocatalytic intermediates and application in new radical processes

Abstract

El treball que es presenta en aquesta tesi doctoral destaca l’ús d’intermediaris organocatalítics en estat excitat com una nova plataforma per generar radicals y el desenvolupament de noves transformacions radicals enantioselectives. Hem presentat una nova classe de catalitzador de ditiocarbamat (DTC) que es pot fer servir per activar clorurs d'acil i carbamoil a través d’una substitució nucleòfila d'acil. La fotòlisi posterior d'aquest intermedi proporciona un accés fàcil als radicals C(sp2) corresponents, que poden ser atrapats per olefines pobres en electrons. Estudis mecanístics ens han permès elucidar els principals passos del cicle catalític. L'estratègia d'activació fotoquímica DTC l'hem combinat amb organocatàlisi asimètrica per desenvolupar funcionalitzacions remotes regionals i enantioselectives d'enals. Aprofitant l'ús d'un catalitzador d'amina secundària, la formació in situ de dienamines quirals va ser possible a partir d'enals. Aquestes dienamines posteriorment intercepten els radicals, generats per la plataforma DTC, amb alta selectivitat. En general, la transformació és un rar exemple de funcionalització regio- i enantioselectiva radical d'enals ramificats. Finalment, aprofitem el coneixement prèviament adquirit sobre la química de radicals vinílics per fer servir dienamines com a donants per a la formació de complexos EDA amb iodurs de perfluoroalquil. L'excitació amb llum visible d'aquests complexos va desencadenar la formació de radicals perfluoroalquil, que van poder ser interceptats per les dienamines quirals amb alts nivells de remota i enantioselectivitat.

per les dienamines quirals amb alts nivells de remota i enantioselectivitat. El trabajo presentado en esta tesis doctoral destaca el uso de intermedios organocatalíticos de estado excitado como una nueva forma de generar radicales y el desarrollo de nuevas transformaciones radicalarias enantioselectivas. Se ha mostrado que una nueva clase de catalizadores de ditiocarbamato (DTC), pueden utilizarse para activar grupos de cloruro de acilo y carbamoílo a través de la sustitución nucleófila. La fotólisis posterior del intermedio dió acceso al correspondiente radical C(sp2), que pudo ser atrapado por olefinas deficientes en electrones. Estudios mecanísticos nos permitieron elucidar el principal paso del ciclo catalítico. La activación fotoquímica del DTC se acopló luego con organocatálisis asimétrica para desarrollar una funcionalización remota de enales regio- y enantioselectiva. Haciendo uso de aminas secundarias como catalizadores, fue posible formar dienaminas quirales a partir de enales. Las dienaminas, posteriormente, interceptaron los radicales, generados por el catalizador DTC, con elevada selectividad. De forma general, la tranformación proporcionó un ejemplo raro de -funcionalización radicalaria de enales regio- y enantioselectiva. Finalmente, basándonos en nuestro conocimiento previo en química viníloga radicalaria, pudimos usar dienaminas en complejos EDA con yoduros de perfluoroalquilo. La excitación con luz visible de estos complejos produjo la formación de radicales perfluoroalquilo, que fueron interceptados por la dienaminas quirales con elevados niveles de regio- y enantioselectividad para desarrollar una g-perfluoroalquilaciòn de enales enantioselectiva.

The work presented in this doctoral thesis highlights the use of excited-state organocatalytic intermediates as new radical-generating platform and the development of novel enantioselective radical transformations. It has been shown how, a new class of dithiocarbamate catalyst (DTC), can be exploited to activate acyl and carbamoyl chlorides through acyl nucleophilic substitution. Subsequent photolysis of the intermediate provided easy access to the corresponding C (sp2) radicals, which could be trapped by electron-poor olefins. Mechanistic studies, allowed us to elucidate the main steps and intermediates of the catalytic cycle. The DTC photochemical activation strategy was then coupled with asymmetric organocatalysis to develop the regio- and enantioselective remote functionalization of enals. Exploiting the action of a secondary amine catalyst, it was possible to elicit the in situ formation of chiral dienamines which intercepted the radicals, generated by the DTC platform, with high selectivity. Overall, the transformation provided a rare example of radical regio- and enantioselective -functionalization of branched enals. Finally, we leveraged on the previous knowledge acquired on vinylogous radical chemistry to use dienamines as donor partners for EDA complex formation with perfluoroalkyl iodides. Visible-light excitation of such complexes triggered the formation of perfluoroalkyl radicals, which could be intercepted by the chiral dienamines with high levels of regio- and enantio-selectivity to develop an enantioselective -perfluoroalkylation of enals.