Rozprawy doktorskie na temat „C–X bond”

This thesis describes the catalysed addition of X-H bonds (X = S, O and N) to alkynes using a range of novel rhodium(I) and iridium(I) complexes containing hybrid bidentate phosphine-pyrazolyl, phosphine-imidazolyl and phosphine-N heterocyclic carbene (NHC) donor ligands. The synthesis of novel bidentate phosphine-pyrazolyl, phosphine-imidazolyl (P-N) and phosphine-NHC (PC) donor ligands and their cationic and neutral rhodium(I) and iridium(I) complexes [M(P N)(COD)]BPh4, [M(PC)(COD)]BPh4, [Ir(P-N)(CO)2]BPh4 and [M(P-N)(CO)Cl] were successfully performed. An unusual five coordinate iridium complex with phosphine-NHC ligands [Ir(PC)(COD)(CO)]BPh4 was also obtained. Seventeen single crystal X-ray structures of these new complexes were determined. A range of these novel rhodium and iridium complexes were effective as catalysts for the addition of thiophenol to a variety of alkynes. Iridium complexes were more effective than rhodium analogues. Cationic complexes were more effective than neutral complexes. Complexes with hybrid phosphine-nitrogen donor were more effective than complexes containing bidentate nitrogen donor ligands. An atom-economical, efficient method for the synthesis of cyclic acetals and bicyclic O,O-acetals was successfully developed based on the catalysed hydroalkoxylation. Readily prepared terminal and non-terminal alkyne diols were cyclised into bicyclic O,O-acetals in quantitative conversions in most cases. The efficiency of a range of rhodium and iridium complexes containing bidentate P-N and PC donor ligands as catalysts for the cyclisation of 4-pentyn-1-amine to 2-methyl-1-pyrroline varied significantly. The cationic iridium complexes with the bidentate phosphine-pyrazolyl ligands, [Ir(R2PyP)(COD)]BPh4 (2.39-2.42) were extremely efficient as catalysts for this transformation. Increasing the size of the substituent on or adjacent to the donor led to improvement in catalytic activity of the corresponding metal complexes. The mechanism of the catalysed hydroalkoxylation was proposed to proceed by the initial activation of the alkyne via ?? coordination to the metal centre. The ?? binding of both aliphatic and aromatic alkynes to [Ir(PyP)(CO)2]BPh4 (2.44) was observed by low temperature NMR and no reaction between 2.44 and alcohols was observed. In contrast, the facility in which thiol and amine oxidatively added to 2.44 led the proposal that in the hydrothiolation and hydroamination reaction, the catalytic cycle commences with the activation of the X-H bond (X = S, N) by an oxidative addition process.

En els últims anys, la creixent demanda de compostos enantiomèricament purs (fàrmacs, agroquímics...) ha impulsat el desenvolupament de la catàlisi asimètrica, sobretot emprant compostos organometàl·lics quirals com a catalitzadors. En aquest context, la síntesi de nous lligands quirals és essencial per descobrir bons sistemes catalítics en catàlisis asimètrica. Els sucres són una font important de lligands per l'elevada disponibilitat i baix preu. A més, són compostos altament funcionalitzats amb centres esterogènics. Això permet la síntesi de sèries sistemàtiques de lligands amb l'objectiu d'obtenir altes activitats i selectivitats per cada reacció en particular.
Aquesta tesi s'ha centrat en la síntesi de compostos derivats de la D-(+)-glucosa, de la D-(+)-fructosa i la D-(+)-galactosa i l'aplicació com a lligands de catalitzadors homogenis quirals en quatre reaccions asimètriques: substitució al·lílica, Heck, addició 1,2 i addició conjugada 1,4. Per assolir aquest objectiu, s'ha plantejat la síntesi de tres famílies de compostos: fosfit-oxazolina (L1-L5), fosfit-fosforoamidit (L6) i monofosfit (L7-L11) (Figura 1).
Després de la introducció (Capítol 1) i els objectius (Capítol 2), al capítol 3 es discuteix la síntesi i caracterització de les tres llibreries de compostos (L1-L11) i s'estudia l'aplicació de les tres llibreries a la reacció de substitució al·lílica asimètrica catalitzades per pal·ladi.
La primera llibreria de compostos fosfit-oxazolina (L1-L5) ha mostrat altes enantioselectivitats (fins a un 99%) i bones activitats en un ampli ventall de substrats amb diferents propietats electròniques i estèriques. S'han observat importants efectes al variar els substituents de l'anell oxazolina, de la quiralitat axial i dels diferents substituents del biaril. L'estudi de diferents intermedis de reacció pal·ladi al·lil mitjançant espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear ha permès entendre el comportament catalític d'aquests compostos. L'estudi també ha indicat que l'atac nuclèofil té lloc preferentment al carboni al·lílic terminal localitzat trans al fosfit.


Figura 1. Fosfit-oxazolina (L1-L5), fosfit-fosforamidit (L6) i monofosfit (L7-L11).

Les reaccions de substitució asimètrica utilitzant els compostos fosfit-fosforoamidit (L6) han mostrat que l'excés enantiomèric depèn preferentment dels substituents de les posicions en para dels bifenils. Aquests efectes han estat diferents segons el tipus de substrat. S'han obtingut excessos enantiomèrics fins a un 89% i altes activitats utilitzant el substrat rac-1,3-difenil-acetoxipropè, rac-(E)-etil-2,5-dimetil-3-hex-4-enilcarbonat i el rac-3-acetoxicicloheptè. Pel substrat lineal 1-(1-naftil)al·lil acetat, aquests lligands han mostrat no ser útils en termes de regioselectivitat però s'han obtingut bons excessos enantiomèrics de fins a un 72%.
Si comparem aquests resultats amb els obtinguts amb els compostos fosfit-oxazolina (L1-L5) s'observa que el canvi de la funció oxazolina per la funció fosforoamidit té un efecte negatiu en la reacció de substitució al·lílica i en general decreixen les enantioselectivitats i la versalitat d'aquests compostos.
L'aplicació de la llibreria de compostos monofosfit (L7-L11) en la reacció de substitució al·lílica asimètrica ha mostrat moderades enantioselectivitats (fins a un 46%). Els resultats en la catàlisi es veuen afectats en gran mesura per la diferència en la mida de l'anell carbohidrat, de les configuracions del carboni-3 i del carboni-4 de l'esquelet del lligand i pel tipus de substituents de l'anell biaril.
El capítol 4 descriu l'aplicació dels compostos fosfit-oxazolina (L1-L5) com a lligands en la reacció de Heck asimètrica intermolecular. Una selecció correcta dels substituents en la funció oxazolina i del fosfit han permès obtenir excel·lents activitats (fins un 100% de conversió en 10 minuts), regioselectivitats i enantioselectivitats (fins un 99%) en un ampli rang de substrats utilitzant diferents fonts de triflat.
El capítol 5 descriu l'aplicació de les tres llibreries de compostos (L1-L11) a les reaccions d'addició 1,2 a aldehids catalitzades per níquel. En primer lloc, s'ha estudiat l'aplicació dels compostos L1-L6. S'ha observat que la selectivitat del procés depèn principalment del grup funcional unit a l'esquelet del lligand, de les propietats estèriques del substituent en la funció oxazolina i de l'estructura del substrat. S'ha obtingut fins a un 59% d'excés enantiomèric utilitzant el precursor de catalitzador que conté el lligand L3a. En canvi, la utilització de la llibreria de compostos monofosfit (L7-L11) ha mostrat elevades enantioselectivitats (fins a 94%) i activitats en diferents tipus de substrat utilitzant baixes concentracions de catalitzador i sense excés de lligand.
El capítol 6 descriu l'aplicació de les tres famílies de compostos (L1-L11) com a lligands en la reacció d'addició 1,4 catalitzada per coure de compostos organometàl·lics a diferents enones amb diferents propietats estèriques.
L'ús de les llibreries de compostos fosfit-oxazolina (L1-L5) i fosfit-fosforamidit (L6) han proporcionat bones enantioselectivitats (fins a 78%) en l'addició de reactius de trialquilalumini a diferents enones. En canvi, la llibreria de compostos monofosfit (L7-L11) ha mostrat bones activitats però enantioselectivitats fins a 57%.
The growing demand for enantiomerically pure compounds for the development of pharmaceuticals, agrochemicals and flavors has captured the interest of the chemist in the last few decades. Of the various methods for producing enantiopure compounds, enantioselective homogeneous metal catalysis is an attractive one. In this context, carbohydrates have many advantages: they are readily available, are highly functionalized and have several stereogenic centers. This enables series of chiral ligands to be synthesized and screened in the search for high activities and selectivities for each particular reaction.
In this context, this thesis focuses on the development of new chiral ligand libraries derived from carbohydrates, the synthesis of new catalyst precursors and their application in the Pd-catalyzed asymmetric allylic substitution, Pd-catalyzed asymmetric Heck reactions, Ni-catalyzed asymmetric addition of trialkylaluminium to aldehydes, and Cu-catalyzed asymmetric 1,4-conjugated addition of trialkylaluminium reagents to enones.
For this porpose, we have designed and syntezied 3 new sugar based ligand libraries: phosphite-oxazoline (L1-L5), phosphite-phosphoroamidite (L6) i monophosphite (L7-L11) (Figure 1).
After introduction (Chapter 1) and objectives (Chapter 2), in chapter 3 is discussed the synthesis and characterization of the ligand libraries (L1-L11) and and their application in the asymetric Pd-catalyzed allylic substituion reactions.
Using phosphite-oxazoline ligands (L1-L5) we observed important effects of the oxazoline substituents and the axial chirality and the substituents of the biaryl moieties. However, the effects of these parameters depended on each substrate. High enantioselectivities (up to 99%) and good activities have been achieved in a wide range of substrates with different steric and electronic properties.
The study of the Pd-1,3-diphenyl, 1,3-dimethyl and 1,3-cyclohexenyl allyl intermediates by NMR spectroscopy made it possible to understand the catalytic behaviour observed. This study also indicated that the nucleophilic attack takes place predominantly at the allylic terminal carbon atom located trans to the phosphite moiety.

Figura 1. Fosfit-oxazolina (L1-L5), fosfit-fosforamidit (L6) i monofosfit (L7-L11).

Asymmetric substitution reactions with catalyst precursors containing the phosphite-phosphoroamidite ligands showed that enantiomeric excesses depend strongly on the substituents at the para positions of the biphenyl moieties. However, these effects were different depending on the substrate in study. Enantiomeric excesses of up to 89% with high activities were obtained for rac-1,3-diphenyl-3-acetoxyprop-1-ene, rac-(E)-ethyl-2,5-dimethyl-3-hex-4-enylcarbonate and rac-3-acetoxycycloheptene. For the monosubstituted linear substrate 1-(1-naphthyl)allyl acetate, these ligands proved to be inadequate in terms of regioselectivities. However, we obtained good enantioselectivity by carefully selecting the substituents on the para position of the biphenyl moieties (ee's up to 72%).
If we compare these results with those from the catalyst precursors containing the previous phosphite-oxazoline ligands (L1-L5), we found that the replacement of the oxazoline moiety by a phosphoroamidite group decreased enantioselectivities and versatibility.
Asymmetric allylic alkylation with catalyst precursors containing the sugar-based monophosphite ligand library showed that the catalytic performance is highly affected by the size of the sugar backbone, the configurations at C-3 and C-4 of the ligand backbone and the type of substituents/configurations in the biaryl phosphite moiety. Low-to-moderate enantioselectivities (up to 46%) were obtained.
In the asymmetric Pd-catalyzed Heck reactions (Chapter 4) with catalysts precursors based on phosphite-oxazoline ligands, we obtained excellent activities (up to 100% conversion in 10 minutes), regio- (up to >99%) and enantioselectivities (up to 99%) were obtained in a wide range of substrates and triflate sources.
In the asymmetric Ni-catalyzed 1,2-addition of trialkylaluminium to aldehydes (Chpater 5) with catalysts precursors based on phosphite-oxazoline and phosphite-phosphoroamidite ligands, we found that the selectivity depends strongly on the type of functional group attached to the carbohydrate backbone, on the steric properties of the oxazoline substituents and on the substrate structure. Enantioselectivities up to 59% were obtained using the catalyst precursor containing the phosphite-oxazoline ligand L3a. In contrast to what we observed with the previous two ligand libraries, using sugar-based monophosphite ligands (L7-L11) provides high enantioselectivities (up to 94% ee) and activities in different substrate types, with low catalysts loadings and without excess of ligand.
In Chapter 6, we described the phosphite-oxazoline and phosphite-phosphoroamidite ligands as chiral auxiliaries in the asymmetric Cu-catalyzed 1,4-conjugated addition of trialkylaluminium reagents to several enones provides good enantioselectivities (up to 80% ee).
In the asymmetric Cu-catalyzed asymmetric 1,4-conjugated addition of trialkylaluminium reagents to several enones with catalysts precursors based on sugar monophosphite ligands, we found good activites and enantioselectivities up to 57% ee.

L’obtenció de compostos enantiomèricament purs ha esdevingut una necessitat que ha conduit a un important progrés en la catàlisi asimètrica, principalment usant compostos organometàl•lics quirals. Entre les diferents estratègies en l’optimització dels catal•litzadors per aconseguir elevades selectivitats i activitats, el disseny i correcta selecció de lligands quirals, modificant-ne les seves propietats és fonamental i la més utilitzada. Que un lligand sigui fàcil de sintetitzar a partir de compostos de partida accessibles i que aquests lligands siguin estables i fàcils de manipular, tenen un elevat interès en la industria. En aquest context, el principal objectiu d’aquesta tesi és la síntesi de diferents famílies de lligands quirals, acomplint els requisits prèviament esmentats, i la seva posterior aplicació a diverses reaccions asimètriques d’elevat interès industrial: hidrogenació d’olefines funcionalitzades i no funcionalitzades catalitzada per Rh i Ir, hidrogenació de cetones catalitzada per Ir, reaccions de substitució al•lílica catalitzades per Pd i reaccions de substitució propargílica catalitzada per Cu. S’han sintetitzat diverses famílies fosfit/fosfinit-tioèter/selenoèter, carbè-tioèter, amino-fosfit/fosfinit/fosfina, i varies famílies de lligands tridentats.
La obtención de compuestos enantioméricamente puros se ha convertido una necesidad que ha conducido a un importante progreso en la catálisis asimétrica, principalmente usando compuestos organometalicos quirales. Entre las diferentes estrategias en la optimización de los catalizadores para conseguir elevadas selectividades y actividades, el diseño y la correcta selección de ligandos quirales, modificando sus propiedades es fundamental y la más utilizada. Que un ligando sea fácil de sintetizar a partir de compuestos de partida accesibles y que estos ligandos sean estables y fáciles de manipular, tienen un elevado interés en la industria. En este contexto, el principal objetivo de esta tesis es la síntesis de distintas familias de ligandos quirales, cumpliendo con los requisitos previamente mencionados, y su posterior aplicación en distintas reacciones asimétricas de alto interés industrial: hidrogenación de alquenos funcionalizados y no funcionalizados catalizados por Rh y Ir, hidrogenación de cetonas catalizada por Ir, reacciones de substitución alílica catalizada por Pd y reacciones de substitución propargílica catalizada por Cu. Se han sintetizado diferentes familias de ligandos Fosfito/fosfinito-tioéter/selenoéter, carbeno-tioéter, amino-fosfito/fosfinito/fosfina, y varias familias de ligandos tridentados.
The obtaining of enantiomerically pure compounds has become a need that led to an important progress in asymmetric catalysis, mainly using organometallic chiral compounds. Among different strategies to optimize catalysts in order to obtain high selectivities and activities, the design and the correct selection of chiral ligands, modifying their properties, is fundamental and the most used strategy. Ligands easy to synthesize from readily accessible starting material and stable and easy to manipulate ligands, have a high interest in the industry. In this context, the main objective of this thesis is the synthesis of different chiral ligand families, according to the previously mentioned requirements, and their application in different asymmetric reactions with high industrial interest: Rh- and Ir-catalyzed hydrogenation of functionalized and minimally functionalized olefins; Ir-catalyzed hydrogenation of simple ketones; Pd-catalyzed asymmetric substitution of allylic acetates and Cu-catalyzed propargylic substitution. There have been synthesized different phosphite/phosphinite-thioether/selenoether, carbene-thioether, amino-phosphite/phosphinite/phosphine and various tridentated ligand families.

Durant els últims anys, els compostos fosfit han demostrat ser lligands eficients en diverses reaccions catalitzades por metalls de transició. En aquest context, hem desemvolupat diverses lligandoteques fosfit per la seva aplicació en reaccions per obtenit productes enantiomericament purs. Més concretament hem estudiat: (a) La síntesis i aplicació de 9 lligandoteques fosfit-nitrogen en l’hidrogenació d’olefines mínimament funcionalizades catalitzada per iridi i les reaccions de substitució al•lílica i Heck catalitzades per pal•ladi. Aquests lligands s’han dissenyat mitjançant variacions sistemàtiques de diversos paràmetres del lligand. En tots els casos s’han obtingut activitats i selectivitats excel•lents (ee’s superiors als 99%) per un ampli rang de substrats. Els resultats competeixen favorablement amb els publicats prèviament en la bibliografia. (b) L’aplicació de diversos tipus de lligandoteques fosfit en la hidrofomilació de vinilarens, olefines heterocícliques i enol esters terminals catalitzada per rodi obtenint resultats prometedors (ee’ de fins el 76%).
During the last years, phosphite-containing compounds have proved to be efficient ligands for several metal-catalyzed transformations. In this context, we have developed several phosphite-containing ligand libraries for their application in reactions leading to enantiomerically pure products. More concretely we have studied: (a) the synthesis and screening of 9 phosphite-nitrogen ligand libraries in the Ir-catalyzed hydrogenation of minimally functionalized olefins, Pd-catalyzed allylic substitution and Heck reactions. These ligand libraries have been designed by systematic modification of several ligand parameters. In all cases excellent activities, regio- and enantioselectivities (ee’s up to >99%) have been obtained for a broad range of substrates. These results compete favorably with those reported previously in the literature. (b) the screening of several types of phosphite containing ligand libraries in the Rh-catalyzed hydroformylation of vinylarenes, heterocyclic olefins and 1,1’-terminal enol esters obtaining promising results (ee’s up to 76%).

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Chemistry, 2007.
Vita.
Includes bibliographical references.
Broadly defined this thesis has focused on the design and study of molecular catalysts that engender multi-electron reactions and photoreactions on small molecule substrates relevant to solar energy conversion. Specifically the molecular design elements employed have focused on bimetallic complexes of late transition metals that exhibit an unusual two-electron mixed valence ground state. Initial studies focused on the mechanistic elucidation of the reported photocatalytic production of hydrogen from homogeneous hydrohalic acid solution using a two-electron mixed valence dirhodium complex. Studies aimed at understanding and improving the photochemical quantum efficiency for challenging M-X (X = CI, Br-) bond photoactivations were undertaken by incorporating gold into a heterobimetallic rhodium-gold construct. Additionally the organometallic reactivity of two-electron mixed valence diiridium cores was explored with a specific emphasis on C-H bond activations in order to extend the cooperative bimetallic reactivity observed in the dirhodium systems beyond HX and H2 substrates to alkanes and arenes.
by Arthur J. Esswein.
Ph.D.

El creixent interès per a l’obtenció de compostos enantiomèricament purs, ha conduït a un important desenvolupament de la catàlisi asimètrica. En aquest context, aquesta tesis és centra en la síntesis de vàries famílies de lligands quirals altament modulars a partir de compostos de fàcil disponibilitat. Concretament, s'ha treballat en la síntesis de lligands fosfit-tioèter, fosfit-piridina, fosfit-triazola i lligands hidroaximida i tioamida. Tots ells tenen en comú que són sòlids, estables i per tant de fàcil manipulació. Aquests lligands s'han aplicat en la hidrogenació d’olefines funcionalitzades i no funcionalitzades catalitzada per Rh i Ir, en la reducció de cetones mitjançant transferència d’hidrogen catalitzada per Rh i Ru, en reaccions de substitució alílica catalitzada per Pd i en l'addició d'organoaluminats a aldehids catalitzada per Ni. A més a més, en alguns casos s'han realitzat estudis DFT per tal d'agilitzar el procés d'optimització dels lligands. Així doncs, s'ha aconseguit l'obtenció de diferents compostos químics quirals d'alt interès sintètic (alcohols, alcans funcionalitzats i no funcionalitzats, al·lils substituits) en grans enantioselectivitats i en el millor dels casos s'han aconseguit els productes en la seva forma enantiomèricament pura (>99% ee).
El creciente interés para la obtención de compuestos enantioméricamente puros para la obtención de compuestos enantioméricamente puros, ha conducido a un importante desarrollo de la catálisis asimétrica. En este contexto, esta tesis se centra en la síntesis de varias familias de ligandos quirales altamente modulares a partir de compuestos de fácil disponibilidad. Concretamente, se ha trabajado en la síntesis de ligandos fosfito-tioéter, fosfito-piridina, fosfito-triazoles y ligandos hidroaximida y tioamida. Todos ellos tienen en común que son sólidos, estables y por lo tanto de fácil manipulación. Estos ligandos se han aplicado en la hidrogenación de olefinas funcionalizadas y no funcionalizadas catalizada por Rh e Ir, en la reducción de cetonas mediante transferencia de hidrógeno catalizada por Rh y Ru, en reacciones de sustitución alílica catalizada por Pd y en el adición de organoaluminiatos a aldehídos catalizada por Ni. Además, en algunos casos se han realizado estudios DFT para agilizar el proceso de optimización de los ligandos. Así pues, se ha logrado la obtención de diferentes compuestos químicos quirales de alto interés sintético (ej. alcoholes, alcanos funcionalizados y no funcionalizados, alilos sustituidos) en grandes enantioselectividades y en el mejor de los casos se han conseguido los productos en su forma enantioméricamente pura (> 99% ee).
The growing interest in obtaining enantiomerically pure compounds in obtaining enantiomerically pure compounds has led to a significant development in the field of asymmetric catalysis. In this context, this thesis is focused on the synthesis of several families of highly modular chiral ligands from readily available compounds. Specifically, we worked on the synthesis of thioether-phosphite ligands, phosphite-pyridine, phosphite-triazole and hidroaximide and thioamide ligands. They all have in common that are solid, stable and therefore easy to handle. These ligands have been applied in the Rh- and Ir-catalyzed hydrogenation of functionalized and unfunctionalized olefins, in the Ru- and Rh-catalyzed asymmetric transfer hydrogenation of ketones, in Pd-catalyzed allylic substitution reactions and in the Ni-catalyzed addition of organoalumininum to aldehydes. Moreover, in some cases DFT studies have been performed to speed up the optimization of ligands. Hence, a variety of chiral chemical compounds of high synthetic interest (i. e. alcohols, functionalized and non-functionalized alkanes, substituted allyl) lhigh enantioselectivities were achieved and in some cases the products were obtained in their enantiomerically pure form(> 99% ee).

Aquesta tesis esta dividida en dos parts: la primer part es va realizar a l’Institut Català d’Invstigació Química (ICIQ) desde 2012 fins a 2015, aquesta part tracta sobre la perfluoroalquilació de substrats aromatics i inclou dos projectes principals. L’objectiu del primer projecte era la producción en flux continu de CuCF3 com a reactiu trifluorometilat i la confirmació de la seva eficacia en la trifluorometilacio de diversos halurs aromatics, els quals van ser tractats amb CuCF3 i es van convertir selectivament en composotos trifluorometilats. En el segon projecte, l’objectiu era transformar diferents halurs vinílics a anàlegs trifluorometilats i pentafluoroetilats emprant els reactius nucleòfils CuCF3 i CuC2F5, el quals ja havien estat utilitzats prèviament en el mateix grup. La segona part s’ha dut a terme a la Universitat Rovira i Virgili (URV) a partir de 2015 fins al 2017. Aquesta part tracta sobre diferents reaccions catalítiques de formació d’enllaços C-X i estudis mecanístics sobre d’aquestes. Aquesta part conté 4 projectes d’investigació. Tres d’ells tracten sobre la síntesi i l’aplicació en varies reaccions catalítiques de gran rellevància de diversos complexes de carbens anormals amb Ir (I), Ir (III) i Ru (II). Aquests catalitzadors altament eficaços s’han aplicat amb èxit en la hidrogenació per transferència d’enllaços C = O, C = N i C = C, també en la deshidrogenació d’alcohols i l’oxidació amb aigua. L’últim projecte tracta sobre la formació catalítica asimètrica d’enllaços C-C amb una nova i versàtil lligandoteca de lligands P-N quirals. Tots els objectius d’aquesta segona part de la tesis s’han realitzat amb èxit. En resum, en aquesta tesis s’ha realitzat diverses transformacions químiques importants, totes elles de gran interès en la formació de productes farmacèutics, agroquímics, naturals i de química fina y en ala producció d’energia neta. El treball realitzat en aquesta tesis conté aspectes fonamentals de la química i des del punt de vista química i industrial, existeix una gran demanda en el desenvolupament i millora de tots els processos mencionats.
Esta tesis está dividida en dos partes: la primera parte se realizó en el Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ) desde 2012 hasta 2015, esta parte trata sobre la perfluoroalquilación de sustratos aromáticos e incluye dos proyectos principales. El objetivo del primer proyecto era la producción en flujo continuo de CuCF3 como reactivo trifluorometilado y la confirmación de su eficacia en la trifluorometilación de algunos haluros aromáticos, los cuales fueron tratados con CuCF3 y se convirtieron selectivamente en compuestos trifluorometilados. En el segundo proyecto, el objetivo era transformar varios haluros vinílicos a análogos trifluorometilados y pentafluoroetilados usando los reactivos nucleófilos CuCF3 y CuC2F5, los cuales habían sido utilizados previamente en el mismo grupo. La segunda parte se ha llevado a cabo en la Universidad de Rovira i Virgili (URV) a partir de 2015 hasta 2017. Esta parte trata sobre diferentes reacciones catalíticas de formación de enlaces C-X y estudios mecanísticos sobre de estas. Esta parte contiene 4 proyectos de investigación. Tres de ellos tratan sobre la síntesis y aplicación en varias reacciones catalíticas de gran relevancia de varios complejos de carbeno anormales con Ir (I), Ir (III) y Ru (II). Estos catalizadores altamente eficaces se aplicaron con éxito en la hidrogenación por transferencia de enlaces C = O, C = N y C = C, también en la deshidrogenación de alcoholes y la oxidación con agua. El último proyecto trata sobre la formación catalítica asimétrica de enlaces C-C con una nueva y versátil biblioteca de ligandos P-N quirales. Todos los objetivos de la segunda parte de la tesis se realizaron con éxito. En resumen, en esta tesis se han realizado diversas transformaciones químicas importantes, todas ellas de gran interés en la formación de productos farmacéuticos, agroquímicos, naturales, de química fina y en la producción de energía limpia. El trabajo hecho en esta tesis contiene aspectos fundamentales de la química y desde el punto de vista químico e industrial existe una gran demanda en el desarrollo y mejora de los procesos mencionados.
This dissertation divided into two main parts: the first part which had been done from 2012 until 2015 in Institute of chemical research of Catalonia (ICIQ) is about perfluoroalkylation of aromatic substrate including two main works. In the first project the goal was continuous flow production of CuCF3 as a trifluoromethylated reagent and confirming its efficiency in trifluoromethylation of some aromatic halides which were treated with batch made CuCF3 reagent and selectively converted to trifluoromethylated conterparts. In the second project the target was transforming several vinylic halides to trifluoromethylated and pentafluoroethylated analoges with nucleophilic CuCF3 and CuC2F5 reagents which were demonstrated previously in the same group. The later part has been carried out in the University of Rovira I Virgili (URV) from 2015 until 2017. Generally this part is about different catalytic C-X bond forming reactions with mechanistic insights which contains 4 research projects. Three of them are about synthesis and catalytic application of several Ir(I), Ir(III) and Ru(II) abnormal carbene complexes in several important and challenging catalytic reactions. These highly efficient catalysts successfully applied in transfer hydrogenation of C=O, C=N and C=C functionalities, alcohol dehydrogenation and water oxidation. The last project is asymmetric catalytic formation of C-C bond with a new and versatile chiral P-N ligand library. All of the objectives for the second part of thesis were performed successfully. In conclusion, various important chemical transformation were made in this thesis which all of them are vital in pharmaceuticals, agrochemicals, fine and natural products and the production of clean energy. The total works in this thesis are so important in chemistry and there is a huge demand about developing and improving the mentioned processes from the chemical and industrial point of view.

Chapter 1 provides a general introduction to organofluorine chemistry and focuses on recent developments in fluorination techniques. It also details how the C–F bond influences conformational and physiochemical properties of organic molecules. Chapter 2 highlights the biological role of the telomere, telomerase and quadruplex DNA in cells. It discusses the inhibition of telomerase with small molecules that stabilise quadruplex DNA as a treatment for cancer. An overview of the development of structurally related telomerase inhibitors and recent X-ray crystallographic structural data with BSU6039 and BRACO-19 telomeric DNA is presented. Chapter 3 discusses the synthesis of fluorinated BSU6039 analogues for the investigation of the conformational effects of fluorine in 5-membered rings and its influence on binding with quadruplex DNA. These compounds have been successfully co-crystallised with telomeric DNA and their relative stabilisation of telomeric DNA has been assessed. The latter half of this chapter focuses on the co-crystal structures between (S,S)- and (R,R)-144 with Oxytricha nova telomeric DNA, discussing the key differences between the two stereoisomers. Chapter 4 details the synthesis of fluorinated BRACO-19 analogues. The syntheses of such fluorinated analogues were achieved through a base mediated coupling between 3,6-diaminoacridone and an α-fluorinated-β-amino ester. The α-fluorinated-β-amino ester was synthesised through a deoxyfluorination-mediated approach, using the stereochemistry of natural amino acids. Chapter 5 describes the stereo- and regio- selectivity of deoxyfluorination reactions with dipeptides bearing the β-amino alcohol functionality. Understanding this selectivity enabled the development of a method towards α-fluorination of tertiary amides. The application of this fluorination method with an orthogonally protected tertiary amide is described.

La creixent demanda de compostos enantiomèricament purs, ha incrementat l’interès pel desenvolupament de metodologies per l’obtenció d'aquests compostos. Entre elles, la catàlisi asimètrica és la tècnica més emprada. En aquesta metodologia, l'elecció lligand quiral és clau per l'obtenció de elevades activitats i enantioselectivitats. En aquest context, aquesta tesis és centra en la síntesis de diferents famílies de lligands quirals altament modulars a partir de productes de partida d'elevada disponibilitat. Més concretament, s’han sintetitzat diverses famílies de lligands heterodadors P-oxazolina (P= fosfina, fosfinit, fosfit, fosforamidit), P-altres grups N-dadors (P= fosfit, fosforamidit, fosfonit i N= tiazol, sulfoximina, hidrazona, amina, piridina), P-tioèter (P= fosfina, fosfinit, fosfit) i una família de lligands fosfina quiral-fosfit. Aquests lligands s'han aplicat en la reacció d’hidrogenació d’olefines funcionalitzades i mínimament funcionalitzades catalitzada per Rh i Ir, la reacció de substitució al·lílica i la reacció de protonació descarboxilativa d’oxindoles ambdues catalitzades per Pd. A més a més, en alguns casos, s'han dut a terme estudis computacionals en combinació amb assajos experimentals per estudiar l'origen de les enantioselectivitats obtingudes o bé per guiar l'optimització dels lligand.
La creciente demanda de compuestos enantioméricamente puros, ha incrementado el interés por el desarrollo de metodologías para la obtención de dichos compuestos. Entre ellas, la catálisis asimétrica es la técnica mas utilizada. En dicha metodología, la elección del ligando quiral es clave para la obtención de elevada actividades i enantioselectividades. En este contexto, esta tesis se centra en la síntesis de diferentes familias de ligandos quirales altamente modulares a partir de productos de partida de elevada disponibilidad. Más concretamente, se ha trabajado en la síntesis de ligandos heterodadores P-oxazoline (P= fosfina, fosfinito, fosfito, fosforamidito), P-otros grupos N-dadores (P= fosfito, fosforamidito, fosfonito y N= tiazol, sulfoximina, hidrazona, amina, piridina), P-tioéter (P= fosfina, fosfinito, fosfito) i una familia de ligandos fosfina quiral-fosfito. Estos ligandos se han aplicado en la reacción de hidrogenación de olefinas funcionalitzadas i mínimamente funcionalitzadas catalizada por Rh i Ir, la reacción de substitución alílica y la reacción de protonación descarboxilativa de oxindolas ambas catalizadas por Pd. Además, en algunos casos, se han realizado cálculos computacionales en combinación con ensayos experimentales para estudiar el origen de las enantioselectividades obtenidas o bien para guiar la optimización de los ligandos.
The growing demand on enantiomerically pure compounds has stimulated the interest for the development of methodologies to obtain these compounds. Among them, asymmetric catalysis is one of the most employed tools. In this technic, the choice of the chiral ligand is fundamental to obtain high levels of activity and enantioselectivity. In this context, this thesis is focused on the synthesis of several families of highly modular chiral ligands from readily available starting materials. Particularly, we worked on the synthesis of P-oxazoline (P= phosphine, phosphinite, phosphite, phosphoroamidite), P-other N-donor groups (P= phosphite, phosphoroamidite, phosphonite and N= thiazole, sulfoximine, hydrazone, amine, pyridine), P-thioether (P= phosphine, phosphinite, phosphite) and a family of P*-stereogenic phosphine-phosphite ligands. These ligands have been applied in the Rh- and Ir-catalyzed hydrogenation of functionalized and minimally functionalized olefins, Pd-catalyzed allylic substitution reaction and Pd-catalyzed decarboxylative protonation. Furthermore, in some cases, DFT studies in combination with experimental ones have been performed to better understand the origin of the obtained enantioselectivities or in order to guide the ligand optimization.

El desenvolupament de metodologies per a l’obtenció de compostos enantiomèricament purs ha incrementat en les últimes dècades, ja que aquests productes quirals tenen un gran impacte en la societat actual perquè són la base de fàrmacs, insecticides, perfums i productes naturals, entre altres. La catàlisi asimètrica en la que el catalitzador està basat en un centre metàl·lic i un lligand coordinat al metall ha estat la tècnica més emprada en els últims anys. Aquests complexos organometàl·lics ofereixen propietats molt concretes, com per exemple la seva gran selectivitat en els processos enantioselectius i altes activitats per a reaccions específiques. La modificació del lligand serà clau per a poder obtenir grans nivells de selectivitat i altes activitats; per això els lligands han de ser modulables, la qual cosa permetria poder realitzar canvis estructurals del lligand i poder estudiar la seva influencia en la reacció, i així saber l’estructura idònia del lligand que aporti millors resultats en la catàlisi asimètrica. En aquest context, aquesta tesi doctoral es basa en la síntesi de diferents lligands quirals fosfit-nitrogen i la seva aplicació en diferents reaccions enantioselectives catalitzades per metall. Més concretament,s'ha treballat en la substitució al·lílica asimètrica catalitzada per pal·ladi, la descarboxilació protonativa d'a-aryl oxindoles catalitzada per pal·ladi, la hidrogenació asimètrica d'olefines poc funcionalitzades catalitzada per iridi, la hidroboració asimètrica d'olefines catalitzada per iridi i la addició enantioselectiva de compostos organoaluminats a aldehids catalitzada per níquel.
El desarrollo de metodologías para la obtención de compuestos enantioméricamente puros ha incrementado durante las últimas décadas, debido a la importancia de estos productos quirales en la sociedad actual, ya que son la base de fármacos, insecticidas y perfumes, entre otros. La catálisis asimétrica en la que el catalizador está basado en un centro metálico i un ligando coordinado al metal, ha sido la técnica más usada en los últimos años. Estos complejos organometálicos ofrecen unas propiedades concretas, como por ejemplo su gran selectividad y elevada actividad. La modificación del ligando será clave para la obtención de elevados niveles de selectividad y actividad. Estos ligandos han de ser altamente modulables, lo que permitiría realizar cambios estructurales y así poder estudiar su influencia en la reacción. En este contexto, esta tesis doctoral se basa en la síntesis de ligandos quirales fosfito-nitrogeno y su aplicación en diferentes reacciones enantioselectivas catalizadas por metal. Más concretamente, se ha trabajado en la sustitución alílica asimétrica catalizada por paladio; la descarboxilación protonativa de alfa aril onxindolas catalizada por paladio, la hidrogenación asimétrica de olefinas poco funcionalizadas catalizada por iridio, la hidroboración asimétrica catalizada por iridio y la adición enantioselectiva de compuestos trialquilaluminio a aldehídos, catalizada por níque
Fine chemicals and natural product chemistry rely on enantiomerically pure compounds. The growing demand on these compounds has stimulated the research for efficient asymmetric processes, which provided high activity and selectivity with minimum energy consumption and minimum generation of byproducts. In drugs and also in natural product chemistry, one enantiomer has the desired properties whereas the opposite enantiomer is either inactive or has undesirable side-effects. The discovery of synthetic routes for obtaining enantiomerically pure compounds is therefore one of the most pursued goals in chemistry. Particularly, asymmetric catalysis is one of the most attractive approach because it can provide very high reactivity and selectivity. Usually, with this strategy, a transition-metal complex containing a chiral ligand catalyzes the transformation of a prochiral substrate to one enantiomer as major product. To reach high levels of reactivity and selectivity, several reaction parameters need to be optimized. For example, the design of a chiral ligand is perhaps one of the most crucial step. In this context, this thesis focuses on the development of new chiral ligand libraries, the synthesis of new chiral catalyst and their application in the Pd-catalyzed asymmetric allylic substitution, Pd-catalyzed decarboxylative protonation of oxindoles, Ir-catalyzed asymmetric hydrogenation, Ir-catalyzed asymmetric hydroboration and Ni-1,2-addition of organoaluminum to aldehydes.

The reaction between the tetrahedrane cluster RCCo3(CO)9{R = CHO (1), H (3)} and the redox-active diphosphine ligand 4,5-bis(diphenylphosphino)-4-cyclopenten-1,3- dione (bpcd) leads to the replacement of two CO groups and formation of RCCo3(CO)7(bpcd) {R = CHO (2), H (4)}. Clusters 2 and 4 are thermally unstable and readily transform into the new P-C bond cleavage cluster 5. All three clusters 2, 4, and 5 have been isolated and fully characterized in solution by IR and 31P NMR spectroscopy. VT 31P NMR data indicate that the bpcd ligand in RCCo3(CO)7(bpcd) is fluxional at 187 K in THF. Clusters 2, 4, and 5 have been structurally characterized by X-ray diffraction analyses.

El treball de tesi s'emmarca dins del camp de la bioinorgànica, disciplina que estudia les propietats estructurals i de reactivitat dels centres actius dels enzims, servint-se de models síntètics de baix pes molecular per tal d'intentar reproduïr la reactivitat presentada per l'enzim i conèixer els mecanismes de reacció a nivell molecular que tenen lloc en els processos biològics.1 Més concretament el treball posa especial èmfasi en els processos d'activació d'oxigen molecular que tenen lloc en les metaloproteïnes de Coure del Tipus 3, com són l'hemocianina i la tirosinasa, ambdues presentant un complex dinuclear de Cu(I)) en el centre actiu de la forma reduïda, capaç d'activar l'O2 cap a espècies de tipus peròxid.2 Un altre camp d'interès ha estat l'estudi dels processos d'activació d'enllaços C-H no activats en hidrocarburs, tant per la seva importàcia a nivell industrial com per comprendre els mecanismes intrínsecs d'aquesta activació a través de metalls de trancisió.3,4
Durant el treball de tesi presentat s'ha desenvolupat la síntesi de nous complexes de Coure(I), Coure(II) y Cu(III) utilitzant lligands macrocíclics de tipus triaza i hexaaza, i s'han estudiat la seves propietats estructurals així com la seva reactivitat.
La reacció dels lligands triazacíclics H32m, H2Me33m i H33m amb sals de coure(II) dóna lloc a una reacció de desproporció de Cu(II) per obtenir-se en quantitats equimolars un complex organometàl·lic de Cu(III) i un complex de Cu(I). La caracterizació estructural exhaustiva dels complexes del tipus aryl-Cu(III) evidencia la formació d'un enllaç organometàl·lic entre l'àtom de Cu(III) i el carboni més próxim de l'anell aromàtic del lligand. Aquesta reacció, a més de representar una nova forma de desproporció en la química del Cu, suposa l'activació d'un enllaç C-H aromàtic a temperatura ambient que, mitjançant l'estudi cinètic d'aquesta desproporció per espectroscòpia UV-Vis, dels càlcul de l'efecte cinètic isotòpic utilitzant el lligand deuterat en el C-H de l'anell, juntament amb el recolzament teòrics dels càlculs DFT per a la optimització de geometries d'intermedis de reacció, ens permeten proposar un mecanisme de reacció pel nostre sistema, on l'activació de l'enllaç C-H aromàtic transcorre per la formació d'un enllaç de tipus agòstic C-H ? Cu(II),5 seguit de la desprotonació del C-H aromàtic per acció d'una base i posterior transferència electrònica per obtenir el complex organometàlic de Cu(III) i el complex de de Cu(I).
En quant a la reactivitat d'aquests complexes organometàl·lics aryl-Cu(III) s'ha observat que una base en medi aquós causa la inestabilitat d'aquests compostos, evolucionant cap a la inserció d'un àtom d'oxigen sobre la posició activada de l'anell aromàtic, per a donar lloc a un complex dinuclear de Cu(II) amb dos grups fenoxo actuant de pont entre els àtoms metàl·lics. La reacció transcorre per un intermedi colorejat, caracteritzat com el complex ayl-Cu(III) monodesprotonat en una de les seves amines benzíliques, els quals s'observen igualment en la reacció dels correponents complexos de Cu(I) amb oxigen molecular (O2). És en els nostres sistemes en els quals es descriu per primera vegada la participació d'intermedis organometàl·lics Cu(III)-C en processos d'hidroxilació aromàtica, tals com el desenvolupat per l'enzim tirosinasa o per alguns dels seus models químics de síntesi.6,7,8
S'han estudiat les propietats magnètiques dels quatre bis(fenoxo)complexes de Cu(II) descrits, obtenint-se uns acoplaments de tipus antiferromagnètic o ferromagnètic de diversa magnitud, depenent del solapament orbitalari a l'enllaç Cu-O, a través del qual es produeix el superintercanvi.
Nous complexos de Cu(I) sintetitzats amb lligands hexaazamacrocíclics han estat estudiats, i posant especial èmfasi a la seva reactivitat respecta a l'activació d'oxigen molecular (O2). S'ha observat una reactivitat diferenciada segons la concentració de complex de Cu(I) utilitzada, de manera que a altes concentracions s'obté un carbonato complex tetranuclear de Cu(II) per fixació de CO2 atmosfèric, mentre que a baixes concentracions s'observa la hidroxilació aromàtica intramolecular d'un dels anells benzílics del lligand, reacció que presumiblement transcorre per atac electrofílic d'un peroxo complex intermedi sobre el sistema ? de l'anell.6
Els resultats obtinguts en aquest treball ens mostren la facilitat per activar enllaços C-H aromàtics per metalls de transició de la primera sèrie (Cu, Ni) quan aquests estan suficientment pròxims a l'enllaç C-H, en unes condicions de reacció molt suaus (1atm., temperatura ambient). Els nous complexos organometàl·lics Aryl-Cu(III) són el producte d'una nova reacció de desproporció de Cu(II), així com un posició aromàtica activada que podria ser el punt de partida per l'estudi de funcionalització selectiva d'aquests grups aromàtics.
In the present thesis the synthesis of novel Cu(I), Cu(II) and Cu(III) complexes containing triaza and hexaaza macrocyclic ligands is described, as well as the study of their structural and reactivity properties.
Ligands H32m, H2Me33m and H33m react with Cu(II) salts at room temperature in CH3CN to afford an organometallic Cu(III) complex and a Cu(I) complex in equimolar amounts, constituting a new disproportionation reaction for Cu(II). An exhaustive structural characterization of Aryl-Cu(III) complexes shows the formation of an organometallic between theCu(III) center and the carbon form the aromatic ring. This reaction represents a novel disproportionation in copper chemistry and moreover, evidenciates the activation of an aromatic C-H bond at room temperature. Throughout kinetic studies by UV-Vis spectroscopy, determination of the KIE value by using the corresponding deuterated ligand and theoretical calculations at DFT level for the optimization of intermediate geometries, we have proposed a mechanism for this disproportionation reaction: the aromatic C-H bond activation occurs through the formation of an agostic C-H ? Cu(II) interaction, followed by the deprotonation of the aromatic proton by the action of a base and final electron transfer to obtain the Cu(III) and Cu(I) final complexes.
The organometallic Cu(III) synthesized are stable in protic media, but react with aqueous base to afford the insertion of an oxygen atom at the C-Cu(III) bond and finally obtain a dinuclear Cu(II) complex where two phenoxo groups are bridging between the metal centers. The reaction undergoes through the formation of a colored intermediate characterized as an Aryl-Cu(III) complex deprotonated in one of the benzylic amines. These intermediates are also observed in the reaction of the corresponding Cu(I) complexes with molecular oxygen (O2). The intermediacy of organometallic aryl-Cu(III) in aromatic hydroxylation processes such as the reactivity displayed by tyrosinase or some synthetic model systems, is first described in the present work.
Magnetic properties for the four bis(phenoxo)Cu(II) complexes have alse been investigated. Different magnetic couplings are observed yielding ferromagnetic and antiferromagnetic behavior of variable magnitudes, depending on orbital overlapping on the Cu-O bond, through which the superexchange occurs.
Novel Cu(I) complexes containing the hexaazamacrocyclic ligand H33+33m have been studied, with special attention on the reactivity towards the O2 activation. It has been observed a differential reactivity depending on the concentration of Cu(I) complex: if high Cu(I) concentration are used the product obtained consists on a tetranuclear carbonato complex by atmospheric CO2 fixation, while if low concentrations are used the intramolecular aromatic hydroxylation is observed, reaction that is proposed to undergo through an electrophilic attack of the peroxo group to the ? system of the aromatic ring.

Thesis (Ph. D.)--University of North Carolina at Chapel Hill, 2008.
Title from electronic title page (viewed Oct. 5, 2009). "... in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in the Department of Chemistry." Discipline: Chemistry; Department/School: Chemistry.

La demanda constant de compostos enantiomèricament purs (fàrmacs, agroquímics, additius...) ha impulsat el desenvolupament de la catàlisi asimétrica emprant compostos organometàl.lics quiral com a catalitzadors. En aquest context, la síntesis de nous lligands quirals és essencial per descobrir bons sistemes catalítics en catàlisi asimètrica. Aquesta tesi s'ha centrat en el desenvolupament de tres noves lligandoteques quirals heterodadores i la seva aplicació a la substitució al·lílic catalizada per paladi. Es tracta de lligandoteques estables a l'aire, de fàcil manipulació i que s'han sintetizats en poques etapes a partir de productes d'elevada disponibilitat i baix preu. Combinant estudis teòrics i espectroscòpia de RMN, hem pogut afinar racionalment els lligands, millorar l'enantioselectivitat i identificar les espècies responsables dels resultats catalítics. A més a més, els productes de substitució al·lílic resultants es van utilitzar amb èxit per a la síntesi de molècules més complexes.
La demanda constante de compuestos enantioméricamente puros (fármacos, agroquímicos, aditivos...) ha impulsado el desarrollo de la catálisis asimétrica empleando compuestos organometálicos quiral como catalizadores. En este contexto, la síntesis de nuevos ligandos quirales es esencial para descubrir buenos sistemas catalíticos en catálisis asimétrica. Esta tesis se ha centrado en el desarrollo de tres nuevas ligandotecas quirales heterodadoras y su aplicación a la sustitución alílica catalizada por paladio. Se trata de ligandotecas estables al aire, de fácil manipulación y que se han sintetizado en pocas etapas a partir de productos de elevada disponibilidad y bajo precio. Combinando estudios teóricos y espectroscopia de RMN, hemos podido afinar racionalmente a los ligandos, mejorar la enantioselectividad e identificar las especies responsables de los resultados catalíticos. Además, los productos de sustitución alílica resultantes se utilizaron exitosamente para la síntesis de moléculas más complejas.
The constant demand for enantiomerically pure compounds (drugs, agrochemicals, additives ...) has driven the development of asymmetric catalysis using chiral organometallic compounds as catalysts. In this context, the synthesis of new chiral ligands is essential to discover good catalytic systems in asymmetric catalysis. This thesis has focused on the development of three new heterodonating chiral ligand libraries and their application to Pd-catalyzed allylic substitutions. These are ligand libraries stable in the air, easy to handle and have been synthesized in a few steps from readily available products and at low price. Combining theoretical studies and NMR spectroscopy, we were able to rationally fine-tune the ligands, improve enantioselectivity, and identify the species responsible for catalytic performance. In addition, the resulting allylic substitution products were successfully used for the synthesis of more complex molecules.

This thesis explores the fundamental reactivity of π-complexes of rhodium and nickel, their reactivity to form well-defined 2-metallaoxetanes, as well as subsequent functionalization chemistry of these rare metallacycles. More generally, we also examine C-O and C-S bond cleavage processes. In Chapter 1, we discuss the history of 2-metallaoxetanes, as well as outline some of the fundamental organometallic chemistry of group 10 transition metal complexes. In Chapter 2, the chemistry of a well-defined 2-rhodaoxetane with unsaturated electrophiles is explored. In all cases, insertion into the Rh-O bond is observed. When electron-deficient alkynes are used as substrates, rhodadihydropyrans are formed. Reactivity studies have found these complexes to be robust. In contrast, when aldehydes are used, the product rhodaacetals are much less stable. Curiously, the aldehyde insertions were found to be reversible. Chapter 3 outlines the reactivity of low-valent nickel complexes with three-membered oxacycles. When epoxides were used, isomerization to the corresponding aldehyde was observed as the primary reaction pathway. Experiments with tetrasubstituted epoxides indicate that these reactions occur via 2-nickela(II)oxetane intermediates. Further, catalytic functionalization was achieved using HBpin or B2pin2. When using oxaziridines as the three-membered heterocycle, N-O oxidative addition was found to rapidly generate oxazanickela(II)cyclobutanes. Fragmentation of these metallacycles resulted in the formation of a mixture of imine and aldehyde products. Chapter 4 discusses the synthesis, mechanism of formation and reactivity of a family of well-defined 2-nickela(II)oxetanes. These nickelacycles are formed with retention of configuration, which had not been observed previously. Computational calculations were performed, which support an unexpected bimetallic mechanism of oxidative addition that would allow for the observed stereochemistry. Reactivity studies indicate that the nickelaoxetanes are susceptible to protonolysis, insertion and oxidatively-induced reductive elimination reactions. Chapter 5 describes the chemistry of nickel with esters and thioesters. For thioesters, Cacyl-S bond cleavage followed by decarbonylation was observed to form methyl-thiolate complexes of nickel(II). In contrast, aryl esters were found to undergo Caryl-O oxidative addition, producing aryl-acetate nickel(II) complexes. Both of these classes of compounds were found to be competent in stoichiometric Suzuki-type cross-coupling reactions, but attempts to render the reactions catalytic have so far been unsuccessful.
Science, Faculty of
Chemistry, Department of
Graduate

Umbilical cord blood (UCB) is used as a source of haematopoietic stem cells (HSCs) for transplantation but shows defective homing to the bone marrow niche and delayed haematological reconstitution. Following transplantation, HSCs will home to the bone marrow in response to the CXCL12 chemokine, adhere to the bone marrow sinusoidal endothelial cells and then migrate into and lodge in bone marrow niches. In addition to CXCR4, a variety of molecules have been described as being important in these processes. In this laboratory, junctional adhesion molecule-A (JAM-A) was shown to be expressed on human UCB CD133⁺/CD34⁺ cells and regulated by hypoxia. In this thesis, further phenotypic studies show that this molecule is most highly expressed on human CD41a⁺ megakaryocytes and CD14⁺ monocytes/macrophages in UCB. JAM-A was also found to be expressed on all human UCB CD133⁺ cells, which have been shown by others to encompass the HSCs and early myeloid-lymphoid precursors and on the majority of CD34⁺ haematopoietic progenitor cells (HPCs). While it is also present on bone marrow sinusoidal endothelium (BMEC), JAM-A is not detected on cultured bone marrow mesenchymal stromal cells (MSCs). JAM-A blockade, silencing and overexpression experiments showed that JAM-A contributes to, but is not solely responsible for, the adhesion of CD34⁺ haematopoietic progenitor cells to IL-1β activated BMEC-60 cells and fibronectin. Lack of significance in cell migration suggested that JAM-A is more likely to act as an adhesion molecule or a regulator of adhesion rather than as a migratory molecule in such cells. Further functional studies using the proximity ligation assay highlight a potential association of JAM-A with CXCR4 and the adhesion molecules, tetraspanin CD82 and integrin β1. Mechanistic studies were commenced to establish if JAMA could modulate CXCR4 signalling following CXCL12 stimulation, but time constraints prevented these from being completed. These preliminary experiments which were carried out first in the Jurkat cell line lacking JAM-A or transduced to express JAM-A, however, suggest that JAM-A may modulate CXCL12-induced Rap1 phosphorylation and ERK1/2 phosphorylation. The former pathway is important for integrin function and the latter pathway is important in cell adhesion. The results described here, although requiring finalisation, support the hypothesis that JAM-A acts as an adhesion molecule and also may fine tune CXCR4 and integrin mediated functions on human CD34⁺ cells, thereby potentially regulating engraftment of these cells to the bone marrow niche.

In the first section are described our attempts at synthesizing a novel two centre phase-transfer catalyst. The various synthetic routes we undertook are illustrated as well as the problems that arose in each.* The second section summarizes our efforts towards demonstrating the existence of C-H hydrogen bonds in phase-transfer catalysts dissolved in organic solvents. These bonds had been shown to exist in the solid phase but no data regarding their presence under conditions resembling those encountered in phase-transfer catalyzed reactions had yet been gathered. In the third section, we attempted to study the potential effects of C-H hydrogen bonding in the phase-transfer catalyzed allylbenzene isomerization reaction. We compared the rate of reaction using both hydrogenated and deuterated phase-transfer catalysts.* *Please refer to dissertation for diagrams.

Introduction The chemistry of transitional metal complexes bearing σ-bonded H−X (X = H, Si, C) species/fragments, the so called σ-complexes, are key intermediates in catalytic processes such as hydrogenation, hydrosilylation, alkane functionalization etc. Particularly, the σ-H2 complexes form the best-known group of σ-complexes in which H2 is bound to the metal center in η2-fashion. Several well characterized examples of η2-silane and η2-borane complexes have also been reported. Moreover, in recent years, the carbon analogues of these complexes in which alkanes are coordinated through η2-C-H bonds to the metal center have been attracting the attention of organometallic chemists. An approach towards direct functionalization of σ-bonds in simple alkanes is the heterolytic activation of the C−H bond using highly electrophilic complexes. After all, for fine catalyst design and the selective functionalization of H−H, silanes or simple alkanes, it is necessary to understand the bonding nature of these σ-complexes in depth. Objectives The objectives of this work are as follows a) An attempt to stabilize and gain insights into the bonding nature and reactivity behavior of various sigma ligands on ruthenium center [Ru(η2-HX)(Tpms)(PPh3)2][OTf], (X = H, SiR (R = Me3 or Me2Ph) and CH3). b) Synthesis, characterization and reactivity studies of electrophilic ruthenium(II) complexes bearing (C6F5)2PCH2CH2P(C6F5)2 (dfppe) ligand towards heterolysis of H2. c) An approach towards preparation of insoluble molecular clusters from [Ru(P(OH)3)(dppe)2][OTf]2 complex and Zn, Cd and Cu acetates to realize σ-bond activation under heterogeneous conditions. Significant results In our attempts to gain insights into the bonding nature and reactivity behavior of σ-H2, silane and methane complexes, we followed two strategies to generate these complexes in solution. First, we synthesized and well characterized two new Ru(II)-complexes [RuH(Tpms)(PPh3)2] and [Ru(OTf)(Tpms)(PPh3)2], (OTf = trifluoromethane sulfonate) where Ru-H and Ru-OTf are the key reactive centers, followed by their subsequent reactions with electrophilic reagents such as HOTf, Me3SiOTf and CH3OTf and with H2, PhMe2SiH and CH4 at low temperature, respectively. These reactions finally resulted in the characterization of σ-H2 and σ-silane complexes, however, no σ-methane complex was observed even at low temperature (Scheme 1). Scheme 1 In order to realize highly eletrophilic metal complexes, a chelating fluorinated phosphine ligand 1,2-bis-(pentafluorophenylphosphino)ethane, (C6F5)2PCH2CH2P(C6F5)2 (dfppe) was employed and the synthesis and structural characterization of a series of new, Ru(II) hydride complexes [RuH(P(OMe)3)(bpy)(dfppe)][OTf], cis-[RuH2(dfppe)(PPh3)2] and [RuH(CO)Cl(PPh3)(dfppe)] were accomplished. Protonation reaction of the hydride complexes [RuH(P(OMe)3)(bpy)(dfppe)][OTf] (Scheme 2) and [RuH(CO)Cl(PPh3)(dfppe)] (Scheme 3) with HOTf at low temperature gave free H2 and five-coordinate species [Ru(P(OMe)3)(bpy)(dfppe)][OTf]2 and [Ru(CO)Cl(PPh3)(dfppe)][OTf], respectively. Surprisingly, in all these reactions, dihydrogen complexes are formed which were unobservable in which the H2 ligand was found to be highly labile. Reaction of is-[Ru(bpy)(dfppe)(OH2)(P(OMe)3)][OTf]2 with H2 however, resulted in the heterolytic activation of the H–H bond and concomitant protonation of H2O to give the corresponding hydride complex cis-[Ru(H)(bpy)(dfppe)(P(OMe)3)][OTf] and H3O+ (Scheme 2) . Scheme 2 Scheme 3 In an attempt to prepare insoluble molecular clusters in order to realize σ-bond activation under heterogeneous conditions, we studied the reactivity of highly electrophilic [Ru(P(OH)3)(dppe)2]2+ (dppe = (C6H5)2PCH2CH2P(C6H5)2) complex with various metal acetates. Usage of Zn(OAc)2.2H2O afforded a novel [Ru2(dppe)4P2(OH)2O4Zn2(OAc)(DMP)(OTf)][OTf]2 (Ru-Zn ) soluble bimetallic complex (Scheme 4) which was characterized in detail by NMR and single crystal X-ray crystallography. To achieve the expected insoluble molecular cluster further studies are required to tune the electronics and the sterics around the phosphorous acid moiety. Scheme 4

Les réseaux organiques covalents (COFs) sont des réseaux bidimensionnels et tridimensionnels assemblés seulement par des atomes légers, c’est-à-dire de la première et deuxième rangée du tableau périodique. Ceux-ci ont montré des propriétés de porosité pouvant être exploitées dans le stockage, dans la catalyse et dans la séparation moléculaire. La plupart de ces matériaux ont été obtenus par une réaction finale de condensation, ce qui nuit à leurs cristallisations, donc à l’homogénéité et à la caractérisation détaillée de ces matériaux. Les p-xylylènes de Thiele et Tschitschibabin sont des molécules qui ont suscité l’intérêt pour leurs structures et leurs propriétés magnétiques. Subséquemment, Wittig a démontré que le remplacement des fragments diphénylméthylène par des fragments fluorénylidène sur le p-xylylène de Thiele donne des molécules pouvant s’oligomériser pour former un tétramère. Dans notre étude, nous avons examiné l’assemblage de dérivés fluorénylidène dans le but d’obtenir un COF. Tout d’abord, un dérivé linéaire similaire à ce que Wittig a obtenu a été synthétisé afin de vérifier l’assemblage à partir d’un cœur spirobifluorényle. Ces molécules se sont assemblées en tétramère, comme prévu, et en hexamère. Ces deux résultats ont pu être rationalisés par une étude à l’état solide par diffraction des rayons-X. L’empilement tridimensionnel a également été étudié pour ces deux molécules. Subséquemment, des dérivés tétraédriques ont été synthétisés afin d’étudier leurs assemblages. Un premier dérivé est resté sous sa forme quinoïdale et ne s’est pas assemblé, alors qu’un second dérivé a mené à un dimère partiellement assemblé. La structure de ce dernier suggère la formation d’un polymère linéaire pour ce composé dans le cas où il aurait été possible de l’assembler complètement.
Covalent organic frameworks (COFs) are ordered two-dimensional and three-dimensional frameworks assembled only from light atoms in the first and second rows of the periodic table. These frameworks have shown properties that make them potentially useful in the storage of molecular guests, in catalysis and in separation. COFs are typically obtained by a final condensation reaction, which makes their crystallization difficult and leads to materials that are inhomogeneous and impossible to characterize in detail. The p-xylylenes of Thiele and Tschitschibabin are molecules that have attracted interest because of their structures and magnetic properties. Subsequently, Wittig demonstrated that replacing diphenylmethylene fragments in these structures by fluorenylidene units allowed their oligomerisation to form tetrameric structures. In our study, we have investigated the assembly of fluorenylidene derivatives to obtain COFs. First, a linear derivative similar to that obtained by Wittig was prepared to verify the feasibility of assembly from a spirobifluorenyl core. These compounds were found to oligomerise to form a tetramer, as expected as well as a hexamer. Both results have been rationalized by a study of the crystal structures by X-ray diffraction. The three-dimensional packing has also been analyzed. Subsequently, tetrahedral derivatives were synthesized to study the possibility of analogous assembly leading to COFs. A first derivative was found to remain in its quinoidal form rather than oligomerise and a second derivative resulted in a partially assembled dimer. The structure of the latter suggests that a linear polymer could be formed by a further reaction.

碩士
國立東華大學
化學系
93
We have probed under high pressure the C–H hydrogen bonds formed by N,N’-disubstituted imidazolium ions having PF6-and Br- counterions. High-pressure infrared spectral profiles, x-ray crystallographic analysis, and ab initio calculations allow us to make a vibrational assignment of these compounds. The appearance of a signal for the free-NH unit (or weakly bonded N–H…F unit) in the infrared spectrum of the PF6- salt indicates that conventional N–H…O and N–H…N hydrogen bonds do not fully dominate the packing. It is likely that the charge-enhanced C2–H…F interactions, combined with other weak hydrogen bonds, disturb the formation of N–H hydrogen bonds in the PF6- salt. This finding is consistent with the pressure-dependent results, which reveal that the C2–H…F interaction is enhanced upon increasing the pressure. In contrast to the PF6- salt, the imidazolium C–H bonds of the Br- salt have low sensitivity to high pressure. This finding suggests that the hydrogen bonding patterns are determined by the relative hydrogen bond acceptor strengths of the Br- and PF6- ions.

The construction of benzylic quaternary stereocentres via the enantioselective copper-catalyzed 1,4-addition of dialkylzinc reagents to Meldrum’s acid acceptors in the presence of a phosphoramidite ligand is reported. Meldrum’s acid acceptors can be easily accessed and numerous derivatives have been prepared to investigate the scope of the enantioselective 1,4-addition. The reaction is tolerant to a wide range of heteroaromatic and functional groups. The significance of substituting the position para, meta, and ortho to the electrophilic centre is also highlighted. Primary and secondary organozinc reagents are shown to be compatible in this reaction. A highly enantioselective synthesis of carboxylic acid derivatives having an -quaternary centre through copper-catalyzed 1,4-addition of dialkylzinc reagents to aryl acetate derivatives is also described. This method employs a commercially available phosphoramidite ligand and readily accessible Meldrum’s acid acceptors. A brief insight into the observed selectivity is also discussed. The significance of this method was established by the expedient preparation of chiral diesters, succinimides, γ-butyrolactones, and isocyanates from highly functionalized benzyl Meldrum’s acids. In addition to 1,4-addition, the enantioselective asymmetric synthesis of benzylic tertiary and quaternary stereogenic centres via 1,6-addition of dialkylzinc reagents to Meldrum’s acid acceptors is outlined. This work represents one of the early examples of 1,6-asymmetric conjugate addition reactions and discussions on the regioselectivity of the process are disclosed. On a different subject matter, the occurrence and persistence of C–H•••X (O, S, Br, Cl, and F) bond in solution using 1H NMR spectroscopy is discussed for a large number of benzyl Meldrum’s acids. The latter are novel and reliable probes for the evaluation of this type of non-classical interactions in solution. The persistence of the C–H•••X bond in solution is demonstrated to be dependent upon structural features present on the aromatic moiety and the benzylic position of the benzyl Meldrum’s acid derivatives. The observations presented highlight the large potential of Meldrum’s acid in developing an understanding of the function and nature of C–H•••X interactions.