Development of Gold(I)-Catalyzed Reactions Between Alkenes and Acetylene Gas

Abstract

Durant les últimes dècades la catàlisi d'or(I) ha experimentat un gran desenvolupament. No obstant això, aquests avanços han estat restringits majoritàriament a reaccions intramoleculars entre alquens i alquins. La versió intermolecular d'aquestes reaccions continua estant subdesenvolupada. D'altra banda, l'acetilè és una de les matèries primeres més importants a nivell de producció industrial. Malgrat això, el seu ús en la indústria química està restringit a reaccions de vinilació o processos de cloració. En aquesta Tesi Doctoral, el desenvolupament de reaccions intermoleculars catalitzades per or(I) entre alquens i acetilè gas són estudiades. En primer lloc, una nova reacció d’ariloxivinilació catalitzada per or(I) entre fenols i acetilè gas és presentada. Una gran varietat de 3-vinilcromans ha estat sintetitzada amb bons rendiments i tolerància de grups funcionals. L'aplicabilitat d'aquesta metodologia ha estat demostrada a través de la funcionalització del producte natural lapachol i múltiples diversificacions del producte. A més, la versió enantioselectiva d'aquesta reacció ha estat inicialment estudiada en el que es pot considerar com el primer exemple d'activació enantioselectiva d'acetilè usant catàlisi d'or(I). Inspirats per aquests resultats, estàvem interessats en el desenvolupament d'una reacció d’alcoxivinilació totalment intermolecular on ni l'alquè, l’alquí o l’alcohol estan units covalentement. Després d'un cribratge de substrats, trobem que les N-vinilamides són excel·lents substrats per a la síntesi de vinil hemiaminals. Els rendiments moderats obtinguts es deuen a reaccions secundàries de polimerització d'alquens que han estat estudiades detalladament. Finalment, un nou mètode per a la funcionalització de 2-alkilindols ha estat investigat. Gràcies a això, indols bisciclopropanats van ser sintetitzats amb rendiments moderats i bons. A més, càlculs computacionals van ser realitzats per a elucidar el mecanisme de la reacció.

Durante las últimas décadas la catálisis de oro(I) ha experimentado un gran desarrollo. Sin embargo, estos avances han estado restringidos mayoritariamente a reacciones intramoleculares entre alquenos y alquinos. La versión intermolecular de estas reacciones continúa estando subdesarrollada. Por otro lado, el acetileno es una de las materias primas más importantes a nivel de producción industrial. A pesar de ello, su uso en la industria química está restringido a reacciones de vinilación o procesos de cloración. En esta Tesis Doctoral se presenta el desarrollo de reacciones intermoleculares catalizadas por oro(I) entre alquenos y acetileno gas. En primer lugar, una novedosa reacción de ariloxivinilación catalizada por oro(I) entre alilfenoles y acetileno gas es presentada. Una gran variedad de 3-vinilcromanos ha sido sintetizada con buenos rendimientos y buena tolerancia de grupos funcionales. La aplicabilidad de esta metodología ha sido demostrada a través de la funcionalización del producto natural lapachol y varias diversificaciones del producto modelo. Además, la versión enantioselectiva de esta reacción ha sido inicialmente estudiada constituyendo el primer ejemplo de activación enantioselectiva de acetileno usando catálisis de oro. Inspirados por estos resultados, decidimos centrarnos en el desarrollo de una reacción de alcoxivinilación totalmente intermolecular donde ni el alqueno, el alquino o el alcohol están unidos covalentemente. Tras un cribado de sustratos, encontramos que las N-vinilamidas son excelentes sustratos para la síntesis de vinil hemiaminales. Los rendimientos moderados obtenidos se deben a reacciones secundarias de polimerización de alquenos que han sido estudiadas en detalle. Por último, un nuevo método para la funcionalización de 2-alkilindoles ha sido investigado. Gracias a ello, indoles bisciclopropanados fueron sintetizados con rendimientos de moderados a buenos. Además, cálculos computacionales fueron realizados para elucidar el mecanismo de la reacción.

Gold(I) catalysis has experienced a huge development over the past decades. However, this advances have been restricted mostly to the intramolecular reactions between alkynes and alkenes. The intermolecular version of these reactions remains underdeveloped. Moreover, acetylene is one of the most important feedstock in chemical production. Despite this, its use in chemistry industry is limited to vinylation processes or non-catalyzed hydrochlorination reactions. In this Doctoral Thesis, the development of gold(I)-catalyzed intermolecular reactions between alkenes and acetylene gas is presented. Firstly, an unprecedented gold(I)-catalyzed aryloxyvinylation reaction between allylphenols and acetylene gas was studied. A wide variety of 3-vinyl chromanes was prepared in good yields and functional group tolerance. The applicability of this methodology was demonstrated by the late stage functionalization of lapachol natural product and several diversifications of the model product. Additionally, the enantioselective version of this reaction was initially explored for the first enantioselective activation of acetylene under gold catalysis. Inspired by these results we were interested on the development of a fully intermolecular alkoxyvinylation reaction with acetylene gas where neither the alkene, alkyne nor the alcohol where covalently linked. After a deep screening of possible substrates, we found out N-vinyl benzamides as suitable substrates for the synthesis of vinyl hemiaminal products. The moderate yields obtained are due to the presence of secondary polymerization processes that were studied in detailed for a model reaction. Finally, an innovative gold(I)-catalyzed method for the functionalization of 2-alkylated indoles with acetylene gas was investigated. A myriad of biscyclopropanated indoles was prepared in moderate to good yields. Additionally, DFT calculations were performed to gain insights into the reaction mechanism.