Functionalisation of sp3 C-O bonds and olefins enabled by nickel catalysis

Abstract

En els darrers anys, la catàlisi de níquel ha guanyat un impuls considerable com a vehicle per permetre reaccions de formació d'enllaços amb una eficiència excepcional. Això es deu probablement a la facilitat amb què els catalitzadors de níquel desencadenen esdeveniments de transferència d'un sol electró, l'activació d’enllaços C-X forts i la funcionalització de sistemes pi, oferint noves perspectives per promoure reaccions que d'altra manera serien difícils d'aconseguir. En línia amb el nostre interès continu en el desenvolupament d'estratègies per la funcionalització d’enllaços sigma forts i la funcionalització de materials de partida fàcilment accessibles, aquesta Tesi Doctoral s'ha centrat en dues àrees principals: i) la funcionalització d'enllaços C-O no activats, i ii) la 1,1-difuncionalització d'olefines no activades. El primer estudi explora la funcionalització dels enllaços C-O no activats en acetals cíclics mitjançant la catàlisi metal·lofotoredox. La reacció es desencadena mitjançant la superposició dels orbitals abans de la ruptura de l’enllaç C-O, la qual cosa destaca la importància de la flexibilitat conformacional per a aconseguir tant la reactivitat com la selectivitat requerides. En un esforç diferent, vam dirigir la nostra atenció cap a la 1,1-difuncionalització d’olefines, utilitzant catalitzadors de níquel. A diferència de l'àmpliament estudiada 1,2-difuncionalització d’alquens, vam reconèixer que el desenvolupament d'una plataforma per permetre la 1,1-difuncionalització d’olefines ampliaria el repertori de desconnexions d'enllaç disponibles en la síntesi orgànica moderna. Inicialment, vam demostrar la síntesi de reactius bis-organometàl·lics que contenen B i Si. Basant-nos en l'èxit d'aquesta transformació, vam concebre el desenvolupament d'una plataforma genèrica per sintetitzar àcids alpha-aminoborònics.

En los últimos años, la catálisis de níquel ha ganado un impulso considerable como vehículo para facilitar reacciones de formación de enlaces con una eficiencia excepcional. Esto se debe probablemente a la facilidad con la que los catalizadores de níquel desencadenan eventos de transferencia de un electrón, a la activación de enlaces C-X fuertes y a la funcionalización de sistemas pi, ofreciendo nuevas perspectivas para promover reacciones que de otro modo serían difíciles de lograr. En línea con nuestro interés continuo en el desarrollo de estrategias para funcionalizar enlaces sigma fuertes y la funcionalización de materiales de partida fácilmente accesibles, esta Tesis Doctoral se ha centrado en dos áreas principales: i) la funcionalización de enlaces C-O no activados, y ii) la 1,1-difuncionalización de olefinas no activadas. El primer estudio explora la funcionalización de enlaces C-O no activados en acetales cíclicos mediante catálisis metalafotoredox. La reacción se desencadena mediante una superposición de los orbitales antes de la ruptura del enlace C-O, lo que destaca la importancia de la flexibilidad conformacional para lograr tanto la reactividad como la selectividad requerida. En un esfuerzo distinto, dirigimos nuestra atención hacia la 1,1-difuncionalización de olefinas utilizando catalizadores de níquel. A diferencia de la extensamente estudiada 1,2-difuncionalización de alquenos, reconocimos que el desarrollo de una plataforma para permitir la 1,1-difuncionalización de olefinas ampliaría el repertorio de desconexiones de enlaces disponibles en la síntesis orgánica moderna. Inicialmente, demostramos la síntesis de reactivos bis-organometálicos que contienen B y Si. Basándonos en el éxito de esta transformación, concebimos el desarrollo de una plataforma genérica para la síntesis de ácidos alpha-aminoborónicos.

In recent years, nickel catalysis has gained considerable momentum as a vehicle to enable bond-forming reactions with exceptional efficiency. This is probably due to the ease at which nickel catalysts trigger single-electron transfer events, activation of strong C-X bonds and functionalisation of pi-components, offering new vistas to promote reactions that would otherwise be difficult to accomplish by other means. In line with our ongoing interest in developing strategies to functionalise strong sigma-bonds and the functionalisation of readily available starting materials, this Doctoral Thesis has been focused on two main areas: i) the functionalisation of unactivated C-O bonds, and ii) the 1,1-difunctionalisation of unactivated olefins. The first study explores the functionalisation of unactivated C-O bonds in cyclic acetals through metallaphotoredox catalysis. The reaction is triggered by an appropriate orbital overlap prior to C-O cleavage, highlighting the significance of conformational flexibility in achieving both reactivity and site selectivity. In a distinct effort, we directed our attention towards the 1,1-difunctionalisation of olefins using nickel catalysis. Unlike the extensively studied 1,2-difunctionalisation of alkenes, we recognised that the development of a platform that might enable 1,1-difunctionalisation of olefins would expand the repertoire of bond disconnections available in modern organic synthesis. Initially we demonstrated the synthesis of bis-organometallic reagents bearing both B and Si motifs. Building upon the success of this transformation, we envisioned the development of a generic platform for synthesising alpha-aminoboronic acids.