Late-stage C-H functionalization and C-C/N coupling enabled by new strategies for electrochemically-controlled radical formation

电化学控制自由基形成的新策略实现了后期C-H功能化和C-C/N耦合

基本信息

  • 批准号:
    10222733
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.55万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary The proposed research seeks to develop metal-catalyzed C–C and C–N bond-forming methodologies that streamline organic synthesis by leveraging the unique control that electrochemistry provides over electron trans- fer events. In particular, this work will develop synthetic methodologies based on dual-catalyst systems. One catalyst is electrochemically activated to mediate the formation of alkyl radicals, while a second catalyst selec- tively activates the complementary substrate to effect coupling with the electrogenerated radicals. The long-term goal of this program is to establish electrochemistry as a standard synthetic strategy in a way that complements the successful integration of photoredox catalysis into organic synthesis: another dual-catalyst system that relies on one catalyst to promote electron transfer and a second to mediate bond-forming reactions. The proposed research relies on the merger of multiple scientific fields to develop next-generation methodologies in organic synthesis. The Sevov team has a unique combination of expertise in synthetic methodology, mecha- nistic organometallic chemistry, and homogeneous electrochemistry that will lead to new synthetic strategies that impact both the rate of discovery and large-scale synthesis of new therapeutic agents. These strategies and the targeted transformations of the proposal are summarized below: Goal 1. to develop C–C and C–N coupling reactions with alkyl electrophiles: Electrochemically-driven cross-coupling will be developed using a dual-catalyst system that allows each substrate to be activated by a distinct catalyst. Dedicated electrocatalysts will be developed that mediate formation of alkyl radicals from alkyl halides or ethers/epoxides. The radical intermediates will be intercepted and functionalized by co-catalysts that exclusively (i) activate aryl chlorides and ethers to form alkyl arenes, (ii) mediate C–N coupling from high-valent complexes to form amines, or (iii) utilize chiral nonracemic ligands to enable enantioselective C–C/N coupling. Goal 2. to develop C(sp3)–H bond alkylation/arylation and amination: Aliphatic C–H bond activation will be accomplished via directed H-atom abstraction (HAA) from a tethered aryl radical. Aryl radicals will be generated by electroreduction of Ni(II)aryl intermediates to form low-valent organonickel(I) complexes that are susceptible to Ni–C bond homolysis. Radical relay by HAA from the aryl directing group to the alkyl side-chain provides access to an activated aliphatic site for C–X coupling. Goal 3. to develop decarboxylative functionalization of carboxylic acids: The first of two complementary approaches will investigate pulsed-electrolysis techniques to enable decarboxylation at potentials that are mild and compatible with catalysts for selective C-C/N/X of the resulting alkyl radicals. A second approach will utilize electrocatalysts that are photoactive upon oxidation at mild potentials. Photoexcitation of the oxidized species will transiently generate a high energy oxidant that can effect oxidative decarboxylation to form alkyl radicals.
项目概要 拟议的研究旨在开发金属催化的 C-C 和 C-N 键形成方法, 通过利用电化学对电子反式提供的独特控制来简化有机合成 特别是,这项工作将开发基于双催化剂系统的合成方法。 催化剂被电化学激活以介导烷基自由基的形成,而第二种催化剂则选择 主动激活互补底物以实现与电产生的自由基的偶联。 该计划的长期目标是以某种方式将电化学建立为标准合成策略 补充了光氧化还原催化在有机合成中的成功整合:另一种双催化剂 该系统依靠一种催化剂来促进电子转移,另一种催化剂来介导成键反应。 拟议的研究依赖于多个科学领域的合并来开发下一代方法 Sevov 团队在合成方法学、机械合成方面拥有独特的专业知识组合。 本质有机金属化学和均相电化学将带来新的合成策略 这会影响新治疗药物的发现速度和大规模合成。 该提案的目标改造概述如下: 目标 1. 开发与烷基亲电子试剂的 C-C 和 C-N 偶联反应:电化学驱动 交叉偶联将使用双催化剂系统进行开发,该系统允许每个底物被 将开发出介导烷基形成烷基自由基的专用电催化剂。 卤化物或醚/环氧化物将被助催化剂拦截并官能化。 (i) 活化芳基氯和醚专门形成烷基芳烃,(ii) 介导高价键的 C-N 偶联 配合物形成胺,或 (iii) 利用手性非外消旋配体实现对映选择性 C-C/N 偶联。 目标 2. 开发 C(sp3)–H 键烷基化/芳基化和胺化:脂肪族 C–H 键活化 通过从束缚的芳基自由基中直接提取氢原子(HAA)来完成,将产生芳基自由基。 通过电还原 Ni(II) 芳基中间体形成易受影响的低价有机镍 (I) 配合物 通过HAA从芳基导向基团到烷基侧链的自由基中继提供了Ni-C键均裂。 访问活化的脂肪族位点进行 C-X 偶联。 目标 3. 开发羧酸的脱羧功能化:两个互补的第一个 方法将研究脉冲电解技术,以在温和的电位下实现脱羧 并与所得烷基的选择性C-C/N/X催化剂相容。第二种方法将利用。 在温和电位下氧化时具有光活性的电催化剂。 将瞬时产生高能氧化剂,可实现氧化脱羧形成烷基自由基。

项目成果

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