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:
    10028826
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.93万
  • 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.
项目摘要 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变速器提供的独特控制,通过利用有机合成 事件。特别是,这项工作将基于双催化剂系统开发合成方法。一 催化剂在电化学上被激活以介导烷基自由基的形成,而第二催化剂选择 - Timely激活完整的底物,以与电矿自由基耦合。 该计划的长期目标是以某种方式建立电化学作为标准合成策略 这完成了将光毒素催化成功整合到有机合成中的:另一种双催化剂 依靠一种催化剂来促进电子转移的系统,第二个系统介导形成键的反应。 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 在有机合成中。 Sevov团队在合成方法论方面具有独特的专业知识,Mecha- 有机化学和均质的电化学,将导致新的合成策略 这会影响新治疗剂的发现率和大规模合成。这些策略和 该提案的目标转换如下: 目标1。与烷基电物质开发C – C和C-N偶联反应:电化学驱动 交叉耦合将使用双催化剂系统开发,该系统允许每个底物通过 独特的催化剂。将开发专用的电催化剂,该烷基从烷基介导的烷基自由基形成 卤化物或醚/环氧化物。自由基中间体将被共同催化剂拦截和功能化 仅(i)激活芳基氯化物和醚形成烷基芳烃,(ii)介导高价值的C – N偶联 形成胺的复合物,或(iii)利用手性非流行配体来实现对映选择性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键激活将为 通过束缚芳基自由基的定向H原子抽象(HAA)完成。将产生芳基自由基 通过ni(ii)芳基中间体的电化,形成了易感的低价孔(I)配合物 到Ni – C键同型。 HAA从芳基指导组到烷基侧链的激进继电器提供 访问激活的脂肪族位点进行C – X耦合。 目标3。开发羧酸的脱羧官能化:两个完整的羧酸 方法将研究脉冲 - 电解技术以在中间的电势下实现脱羧 并与所得烷基自由基的选择性C-C/N/X催化剂兼容。第二种方法将使用 在轻度电势下氧化时具有光活性的电催化剂。氧化物种的光激发 将瞬时产生高能氧化剂,该氧化剂可以影响氧化脱羧以形成烷基自由基。

项目成果

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