Advanced

Transition-Metal Catalyzed Synthesis of Small- and Medium-Sized Rings Applications toward oxazole synthesis, cycloheptadienes, and natural products

von Wachenfeldt, Henrik LU (2015)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Vi lever i ett samhälle under ständig utveckling där användandet av nya kemikalier ökar explosionsartat. Med vardagligt användande av avancerade material såsom extremt tunna skärmar, billiga och miljövänliga bekämpningsmedel och läkemedel – vilka ofta är inspirerade av naturens komplexitet – kommer ett behov av organisk syntes. För att tillverka den här typen av komplicerade substanser på ett effektivt och miljömässigt hållbart sätt krävs en bred repertoar av kemiska reaktioner. I takt med att produkterna blir allt mer avancerande krävs det därför också att nya reaktioner utvecklas. Ett effektivt sätt för att förbättra kemiska reaktioner, eller för den delen att få dem att fungera överhuvudtaget,... (More)
Popular Abstract in Swedish

Vi lever i ett samhälle under ständig utveckling där användandet av nya kemikalier ökar explosionsartat. Med vardagligt användande av avancerade material såsom extremt tunna skärmar, billiga och miljövänliga bekämpningsmedel och läkemedel – vilka ofta är inspirerade av naturens komplexitet – kommer ett behov av organisk syntes. För att tillverka den här typen av komplicerade substanser på ett effektivt och miljömässigt hållbart sätt krävs en bred repertoar av kemiska reaktioner. I takt med att produkterna blir allt mer avancerande krävs det därför också att nya reaktioner utvecklas. Ett effektivt sätt för att förbättra kemiska reaktioner, eller för den delen att få dem att fungera överhuvudtaget, är att använda övergångsmetaller såsom guld, iridium och rutenium. Metallerna påskyndar reaktionerna utan att själva förbrukas, en process kallad katalys.

Kapitel två och tre av den här avhandlingen beskriver hur övergångsmetaller kan användas för att utveckla nya reaktioner. Arbetet är särskilt inriktat mot att tillverka ringformade strukturer uppbyggda av enbart kolatomer eller av kolatomer och heteroatomerna syre och kväve. Sådana strukturer är vanliga i bland annat naturligt förekommande molekyler med biologisk aktivitet (naturprodukter).

I det fjärde kapitlet beskrivs arbetet mot en metod för att på syntetisk väg framställa en naturprodukt. Ämnet har tidigare isolerats från asiatiska tickor, som använts inom traditionell kinesisk medicin i över 2000 år för att bota en mängd åkommor. Tickan har till och med kallats för “odödlighetens växt”. Den isolerade naturprodukten har föreslagits som behandling för njurproblem orsakat av den globala folksjukdomen diabetes (som en person av tio lider av). Problemet är att det bara finns ytterst små mängder av ämnet att isolera i naturen. För att möjliggöra vidare medicinska studier har vi därför, med hjälp av bland annat övergångsmetallkatalys, arbetat för att ta fram denna metod för att framställa naturprodukten på syntetisk väg. Förhoppningen är att metoden ska bidra till att möjliggöra utvecklingen av mer effektiva behandlingar och minskad dödlighet i njurproblem orsakade av diabetes. (Less)
Abstract
This thesis deals with the development of novel methodologies for the synthesis of hetero- and carbocycles enabled by transition metal catalysis.

The second chapter of the thesis describes a gold-catalyzed three-component reaction to form a variety of substituted oxazoles from readily available N-benzylimines, terminal alkynes, and acyl chlorides. Sacrificial benzyl groups are used to merge two otherwise incompatible reactions: acetylide addition to acyl-iminium and cyclization of propargylamides to oxazoles. The mechanism of the reaction is studied by chemical observations and DFT-calculations. Conclusions made from the mechanistic studies were used to develop a non-catalyzed version of the reaction where N-benzyl... (More)
This thesis deals with the development of novel methodologies for the synthesis of hetero- and carbocycles enabled by transition metal catalysis.

The second chapter of the thesis describes a gold-catalyzed three-component reaction to form a variety of substituted oxazoles from readily available N-benzylimines, terminal alkynes, and acyl chlorides. Sacrificial benzyl groups are used to merge two otherwise incompatible reactions: acetylide addition to acyl-iminium and cyclization of propargylamides to oxazoles. The mechanism of the reaction is studied by chemical observations and DFT-calculations. Conclusions made from the mechanistic studies were used to develop a non-catalyzed version of the reaction where N-benzyl propargylamines are reacted with acyl chlorides to form oxazoles in up to quantitative yields. Furthermore, this work has also led to the development of novel decarboxylation and 1,2-rearrangements with oxazoles as migrating group and a convenient method to access highly sensitive formylsilanes.

In the third chapter, cationic iridium is used to catalyze the intramolecular 5+2 cycloaddition between vinyl-cyclopropanes and alkynes to form cycloheptadienes. The different reactivity of iridium compared to previously used transition-metals also led to the discovery of an efficient β-hydride elimination to form 1,4-diene and an iridium catalyzed cyclopropanation.

The fourth chapter describes efforts towards a recently discovered propellane natural product that is a possible lead compound in the battle against diabetes. An eight step synthesis of a late intermediate, containing all of the heavy atoms and the stereocenters with correct relative stereochemistry, is presented. The synthesis is initiated by a novel ruthenium-mediated Pauson-Khand reaction between an electron deficient alkyne and an ethylene-equivalent to introduce ten of the twenty-one heavy atoms of the target molecule. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Hashmi, A. Stephen K., Heidelberg University
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
catalysis, transition metal, cyclization, cycloaddition, natural product
pages
146 pages
publisher
Department of Chemistry, Lund University
defense location
Kemicentrum, Lecture hall B
defense date
2015-05-28 13:00
ISBN
978-91-7422-396-5
language
English
LU publication?
yes
id
128a65e8-d639-4d5a-abb6-e4a466746030 (old id 5364741)
date added to LUP
2015-05-19 14:04:58
date last changed
2016-09-19 08:45:07
@misc{128a65e8-d639-4d5a-abb6-e4a466746030,
  abstract     = {This thesis deals with the development of novel methodologies for the synthesis of hetero- and carbocycles enabled by transition metal catalysis. <br/><br>
The second chapter of the thesis describes a gold-catalyzed three-component reaction to form a variety of substituted oxazoles from readily available N-benzylimines, terminal alkynes, and acyl chlorides. Sacrificial benzyl groups are used to merge two otherwise incompatible reactions: acetylide addition to acyl-iminium and cyclization of propargylamides to oxazoles. The mechanism of the reaction is studied by chemical observations and DFT-calculations. Conclusions made from the mechanistic studies were used to develop a non-catalyzed version of the reaction where N-benzyl propargylamines are reacted with acyl chlorides to form oxazoles in up to quantitative yields. Furthermore, this work has also led to the development of novel decarboxylation and 1,2-rearrangements with oxazoles as migrating group and a convenient method to access highly sensitive formylsilanes.<br/><br>
In the third chapter, cationic iridium is used to catalyze the intramolecular 5+2 cycloaddition between vinyl-cyclopropanes and alkynes to form cycloheptadienes. The different reactivity of iridium compared to previously used transition-metals also led to the discovery of an efficient β-hydride elimination to form 1,4-diene and an iridium catalyzed cyclopropanation. <br/><br>
The fourth chapter describes efforts towards a recently discovered propellane natural product that is a possible lead compound in the battle against diabetes. An eight step synthesis of a late intermediate, containing all of the heavy atoms and the stereocenters with correct relative stereochemistry, is presented. The synthesis is initiated by a novel ruthenium-mediated Pauson-Khand reaction between an electron deficient alkyne and an ethylene-equivalent to introduce ten of the twenty-one heavy atoms of the target molecule.},
  author       = {von Wachenfeldt, Henrik},
  isbn         = {978-91-7422-396-5},
  keyword      = {catalysis,transition metal,cyclization,cycloaddition,natural product},
  language     = {eng},
  pages        = {146},
  publisher    = {ARRAY(0xbb9a3a0)},
  title        = {Transition-Metal Catalyzed Synthesis of Small- and Medium-Sized Rings Applications toward oxazole synthesis, cycloheptadienes, and natural products},
  year         = {2015},
}