Development of chiral metal-catalysts for the selective formation of C-H, C-C and C-X bonds. From design to application

Abstract

La creixent demanda de compostos enantiomèricament purs ha suscitat un major interès en el desenvolupament de metodologies per a l'obtenció d'aquests compostos. Entre aquestes metodologies, la catàlisi asimètrica destaca com una de les tècniques més àmpliament emprades. En aquesta metodologia, la síntesi i selecció adequada de lligands quirals resulta fonamental per aconseguir altes activitats i enantioselectivitats. En aquest context, l'enfocament d'aquesta tesi es centra en millorar l'estat actual en el disseny, síntesi i avaluació de catalitzadors per a diverses transformacions químiques. Dues d'elles són la hidrogenació asimètrica catalitzada per Rh i Ir d'olefines i la substitució al·lílica asimètrica catalitzada per Pd, en les quals es prepara lligandteques (P-P', P-N, P-S i C-S), dissenyades especialment segons les necessitats dels substrats/nucleòfils en estudi. L'altra reacció que s'estudia es la cicloadició [3+2] asimètrica catalitzada per Pd d'heterocicles vinílics a acceptors de Michael doblement estabilitzats, es proven lligands prèviament coneguts. Aquests processos han estat seleccionats a causa de les seves propietats de química verda i el seu interès industrial, ja que generen productes quirals amb un alt valor afegit. Tot i que algunes de les transformacions tenen una llarga història, el nostre objectiu és abordar substrats desafiants i noves combinacions de substrat/nucleòfil/dipolaròfil.

La creciente demanda de compuestos enantioméricamente puros ha suscitado un mayor interés en el desarrollo de metodologías para la obtención de tales compuestos. Entre estas metodologías, la catálisis asimétrica destaca como una de las técnicas más ampliamente empleadas. En esta metodología, la síntesis y selección adecuada de ligandos quirales resulta fundamental para lograr altas actividades y enantioselectividades. En este contexto, el enfoque de esta tesis se centra en mejorar el estado actual en el diseño, síntesis y evaluación de catalizadores para diversas transformaciones químicas. Dos de ellas son la hidrogenación asimétrica catalizada por Rh e Ir de olefinas y la sustitución alílica asimétrica catalizada por Pd, en las cuales se preparan ligandotecas (P-P’, P-N, P-S y C-S), diseñadas especialmente según las necesidades de los sustratos/nucleófilos en estudio. La otra reacción que se estudia es la cicloadición [3+2] asimétrica catalizada por Pd de heterociclos vinílicos a aceptores de Michael doblemente estabilizados, se prueban ligandos previamente conocidos. Estos procesos han sido seleccionados debido a sus propiedades de química verde y su interés industrial, ya que generan productos quirales con un alto valor agregado. Aunque algunas de las transformaciones tienen una larga historia, nuestro objetivo es abordar sustratos desafiantes y nuevas combinaciones de sustrato/nucleófilo/dipolarófilo

The growing demand for enantiomerically pure compounds has sparked great interest in the development of methodologies for obtaining such compounds. Among these methodologies, asymmetric catalysis stands out as one of the most widely used techniques. In this methodology, the synthesis and proper selection of chiral ligands are essential to achieve high activities and enantioselectivities. In this context, the focus of this thesis is centered on enhancing the current state of the art in the design, synthesis, and evaluation of catalysts for various chemical transformations. Two of these transformations are the Rh- and Ir-catalyzed asymmetric hydrogenation of olefins and the Pd-catalyzed asymmetric allylic substitution, for which tailored ligand libraries (P-P', P-N, P-S, and C-S) will be prepared, designed especially according to the needs of the substrates/nucleophiles under study. Finally, for the [3+2] asymmetric Pd-catalyzed cycloaddition reaction of vinyl heterocycles to doubly stabilized Michael acceptors, previously known ligands will be tested. These processes have been selected due to their green chemistry properties and industrial interest, as they produce chiral products with high added value. Despite te long story of some of these transformations, our goal is to tackle challenging substrates and novel combinations of substrate/nucleophile/dipolarophile.