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New Palladium-Catalysed Intramolecular Coupling Reactions: Nucleophilic Addition toAldehydes and C-H Carbene Insertion

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Universitat de Barcelona. Departament de Farmacologia, Toxicologia i Química Terapèutica

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[eng] Although sygma-aryl and sygma-vinylpalladium(II) complexes are commonly used as electrophiles in C—C bond forming reactions, recent research has demonstrated that the same palladium intermediates can also react with carbon-heteroatom multiple bonds in a nucleophilic manner. Continuing with the interest of our group on the palladium-catalysed intramolecular coupling of aryl halides whit carbonyl compounds, we have expanded our previous findings to substrates containing other carbon-heteroatom multiple bonds. In this context, the first objective of the PhD Thesis has been the study of the dual nature of the sygma-arylpalladium(II) species in aldehyde containing compounds. Thus, after some preliminary studies on the ambiphilic character of the sygma-arylpalladium(II) intermediates involved in the palladium-catalysed intramolecular reactions of (2-iodoanilino)-aldehydes, we have described an efficient new methodology for the synthesis of dibenzo[b,e]azepin-11-ones based on the intramolecular acylation of aryl iodides with aldehydes. Continuing whit our interest in these nucleophilic addition processes, we have developed an efficient methodology for the preparation of a small library of tetrahydroisoquinolin-4-ols based on the palladium-catalysed intramolecular nucleophilic addition of a-(2-iodobenzylamino)- aldehydes. Finally, we have expanded the influence of the heteroatom (nitrogen, oxygen, and sulphur) on the course of the palladium-catalysed intramolecular reactions of aryl iodides and aldehydes having heteroatom—containing tethers. Through an extensive experimental-computational (DFT) study we have concluded that the nature of the heteroatom in the tether is not decisive for the outcome of these reactions. Continuing our research for methodologies that help us to increase the synthetic potential of organopalladium chemistry, we decide to investigate the feasibility of the palladium-catalysed intramolecular coupling of aryl halides and diazoderivatives as a methodology for the synthesis of nitrogen heterocycles. So, the second objective was the study of the Pd-catalysed intramolecular coupling of aryl halides with N-tosylhydrazones and sygma-diazoesters in nitrogen containing substrates. We have found that palladium can be used to catalyse the C(sp3)-H insertion of metal carbenoids derived from sygma-diazoesters to form pyrrolidines through intramolecular assembly of C(sp3)-C(sp3) bonds. This reaction is the first example of palladium-catalyzed C(sp3)-C(sp3) bond assembly starting from diazocarbonyl compounds. The coupling reaction can be catalyzed by both Pd(0) and Pd(II), is regioselective, and shows a broad functional group tolerance.

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[spa] Las especies de tipo sigma-aril y sigma-vinilpaladio(II) actúan generalmente como electrófilos en las reacciones de formación de enlaces C—C. Durante los últimos años se ha demostrado que en ciertos casos estas mismas especies pueden cambiar al carácter electrófilo usual por un carácter nucleófilo y adicionarse a enlaces múltiples carbono-heteroátomo. En este sentido, se ha estudiado el carácter ambifílico (electrófilo vs. nucleófilo) de los intermedios de 6-arilpaladio(11) derivados de 2-haloanilinas frente al grupo formílo. Hemos sido capaces de controlar la reactividad (sigma-arilación vs. acilación del haluro arílico) de esos intermedios mediante la modificación de las condiciones de reacción. Eso ha permitido desarrollar una metodología eficiente para la síntesis de una pequeña librería de dibenzoazepinas, compuestos importantes desde el punto de vista farmacéutico, mediante la reacción de acilación nucleófila intramolecular catalizada por Pd(0). A continuación hemos centrado nuestro interés en la reacción de adición nucleofílica intramolecular de yoduros arílicos a aldehídos catalizada por Pd(0) en sustratos de tipo sigma-(2- iodobenzylamino)-aldehído. Esta reacción ha permitido la síntesis de diversas tetrahydroisoquinolin-4-oles. Para finalizar el estudio de las reacciones de acoplamiento intramolecular de yoduros arílicos con aldehídos catalizadas por Pd(0) en sustratos de tipo 2-iodoanilino- y sigma-(2- iodobenzylamino)-aldehídos, hemos investigado la influencia que los heteroátomos de nitrógeno, oxígeno y azufre poseen en el curso de la reacción. El estudio combinado experimental-computacional (DFT) ha permitido concluir que la naturaleza del heteroátomo no juega un papel clave en ese tipo de transformaciones. La segunda parte de esta Tesis Doctoral se ha focalizado en el estudio de las reacciones de acoplamiento catalizadas por paladio entre yoduros de arilo y diazo derivados. El estudio ha permitido el descubrimiento de una nueva metodología para la síntesis de pirrolidinas basada en la reacción de inserción de carbenos de paladio derivados de sigma-diazoesteres sobre enlaces C(sp3)—H.

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Tesis Doctorals - Departament - Farmacologia, Toxicologia i Química Terapèutica

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New Palladium-Catalysed Intramolecular Coupling Reactions: Nucleophilic Addition toAldehydes and C-H Carbene Insertion