Publication

Synthetic methodologies for C-C and C-N bond formation involving alkyl radicals

Guido Barzanò
2020
Thèse EPFL
Résumé

C-C and C-N bonds are some of the most common structures in molecules ranging from drugs to catalysts and to food additives. Many coupling reactions were developed to form these types of bonds with excellent selectivity and good performance. Still, the synthesis of some of those species either depends on traditional methods or requires expensive and rare reagents and catalysts. The use of precious metals in chemistry, and particularly in the industry, can make molecular synthesis expensive and energy-intensive since the extraction of those materials is costly. Moreover, in homogeneous catalysis, the recovery of metal-based catalysts is almost impossible, making these processes unsustainable for the future. Thus, the discovery of chemical reactions that don’t involve precious materials is indispensable. This thesis concentrates on the development of two chemical transformations, one performing an sp2-sp3 radical reductive coupling, one performing a photocatalyzed alkyl amination, involving inexpensive reagents and catalysts. The first chapter reviews the existing methodologies which use alkyl radicals to form carbon-carbon and carbon-nitrogen bonds. Alkyl radicals are formed from alkyl halides and pseudo-halides (Acids, esters, tosylates, etc.) via oxidation or reduction performed by metal or photoredox catalyst. The wide variety of available methodologies was illustrated, highlighting the advantages and weaknesses of each reaction. The second chapter of this dissertation is devoted to the development of a new iron-based catalytic method to form stereoselectively Z-alkene boron species from the corresponding boron-alkyne. This novel stereoselective method opens a new way to obtain these types of molecules with cheap reagents, in high yields, with excellent stereoselectivity (Z:E ratio >10:1), and with good tolerance of functional group. The reaction is radical based, avoiding the problem of beta-hydride elimination, which usually occurs in ionic reactions involving metal centers. In order to prove the versatility of this method, the vinyl boron compound formed from this reaction was used for further functionalizations. The formal total synthesis of a 5-HT2c receptor agonist was successfully performed, improving the overall yield of the process, and avoiding the use of expensive and polluting chemicals. The third chapter of this thesis is concentrated on the development of a tandem photoredox/metal base catalyzed functionalization of anilines and imines with alkyl carboxylic esters. In this reaction, no late transition metal is used, and the traditional metal-based photocatalyst is substituted with an inexpensive and more efficient organic dye. The alkylation of amines is a challenging topic in organic chemistry and classical nucleophilic substitution lacks selectivity and scope. Harvesting visible light with a photoredox catalyst opens the possibility to a radical pathway, making this coupling easy and with high tolerance for functional groups. In order to understand the catalytic cycle of the reaction, additional mechanistic studies were conducted, leading to some insight on how this reaction works.

À propos de ce résultat
Cette page est générée automatiquement et peut contenir des informations qui ne sont pas correctes, complètes, à jour ou pertinentes par rapport à votre recherche. Il en va de même pour toutes les autres pages de ce site. Veillez à vérifier les informations auprès des sources officielles de l'EPFL.
Concepts associés (44)
Réaction de Suzuki
La réaction de Suzuki, réaction de Suzuki-Miyaura ou couplage de Suzuki-Miyaura est une réaction de couplage et utilisée en chimie organique dans laquelle un groupe aryle et un deuxième groupe aryle se condensent pour donner une seule molécule. Généralement, cette réaction utilise un acide boronique réagissant avec un dérivé halogéné, tel un brome ou un iode avec un catalyseur au palladium. Cette réaction chimique a été publiée pour la première fois en 1979 par Akira Suzuki (鈴木章) (qui a reçu le prix Nobel de chimie en 2010 pour cette découverte) et Norio Miyaura (宮浦憲夫).
Réaction chimique
Une réaction chimique est une transformation de la matière au cours de laquelle les espèces chimiques qui constituent la matière sont modifiées. Les espèces qui sont consommées sont appelées réactifs ; les espèces formées au cours de la réaction sont appelées produits. Depuis les travaux de Lavoisier (1777), les scientifiques savent que la réaction chimique se fait sans variation mesurable de la masse : , qui traduit la conservation de la masse. thumb|La réaction aluminothermique est une oxydo-réduction spectaculaire.
Catalyse
vignette|Intérieur du musée de la catalyse à Widnes en Angleterre. En chimie, la catalyse (du grec ancien : , « détacher ») se réfère à l'accélération ou la réorientation de la cinétique de réaction au moyen d'un catalyseur, et dans certains cas à la sélectivité pour diriger la réaction dans un sens privilégié (réaction concurrente, production d'un produit plutôt qu'un autre). Le catalyseur est utilisé en quantité beaucoup plus faible que les produits réactifs. Il n'apparait pas en général dans le bilan de réaction, donc pas dans son équation globale.
Afficher plus
Publications associées (398)

New Applications of 1,3,2-Diazaphospholenes in Catalysis

Johannes Klett

The constant urge to construct new molecules in an economical and sustainable fashion led to the development of numerous metal-catalyzed transformations. Organocatalysts consisting of abundant and more sustainable elements offer an elegant solution to over ...
EPFL2024

Novel Alkynylation Methods through the Combination of Hypervalent Iodine Reagents and Alkynyl-trifluoroborate Salts

Julien Aymeric Borrel

The alkyne motif is a versatile functional group often encountered in organic chemistry. It can be involved in various transformations such as the alkyne-azide cycloaddition and has found widespread application in medicinal chemistry, chemical biology and ...
EPFL2024

Lewis acid catalyzed [4+2] annulation of bicyclobutanes with dienol ethers for the synthesis of bicyclo[4.1.1]octanes

Jérôme Waser, Stefano Nicolai

Bicyclic carbocycles containing a high fraction of Csp3 have become highly attractive synthetic targets because of the multiple applications they have found in medicinal chemistry. The formal cycloaddition of bicyclobutanes (BCBs) with two- or three-atom p ...
Royal Soc Chemistry2024
Afficher plus
MOOCs associés (1)
Water quality and the biogeochemical engine
Learn about how the quality of water is a direct result of complex bio-geo-chemical interactions, and about how to use these processes to mitigate water quality issues.

Graph Chatbot

Chattez avec Graph Search

Posez n’importe quelle question sur les cours, conférences, exercices, recherches, actualités, etc. de l’EPFL ou essayez les exemples de questions ci-dessous.

AVERTISSEMENT : Le chatbot Graph n'est pas programmé pour fournir des réponses explicites ou catégoriques à vos questions. Il transforme plutôt vos questions en demandes API qui sont distribuées aux différents services informatiques officiellement administrés par l'EPFL. Son but est uniquement de collecter et de recommander des références pertinentes à des contenus que vous pouvez explorer pour vous aider à répondre à vos questions.