Radical Mediated C-H and Si-H Functionalization to Construct C‒C/C‒N/C‒Si Bonds - Université de Bordeaux Access content directly
Theses Year : 2023

Radical Mediated C-H and Si-H Functionalization to Construct C‒C/C‒N/C‒Si Bonds

Fonctionnalisation des liaisons C-H et Si-H médiée par des radicaux pour la construction de liaisons C-C/C-N/C-Si

Shuai Liu

Abstract

This Ph.D. thesis mainly describes the following four works: 1) A new efficient strategy to access benzylic carbamates through C-H activation was reported. The use of a catalytic amount of a Cu(I)/diimine ligand in combination with NFSI ((PhSO2)2NF) or F-TEDAPF6 as oxidants and H2NCO2R as an amine source directly leads to the C‒N bond formation at the benzylic position. The mild reaction conditions and the broad substrate scope make this transformation a useful method for the late-stage incorporation of a ubiquitous carbamate fragment onto hydrocarbons. 2) Visible light-mediated intramolecular site-selective δ-C(sp3)‒H bond arylation of aliphatic trifluoromethanesulfonamides was developed. The reaction proceeds through a radical cascade including the generation of a sulfonamidyl radical, which triggers a 1,5-hydrogen atom transfer, affording δ-C-centered radical, which finally cyclized onto a neighboring thiopolyfluoroaryl moiety to deliver a range of synthetically useful thiochromanes. The cyclization process occurs through two distinct pathways depending on the nature of the substituent X, ortho to the native C‒S bond. 3) We discovered a visible-light mediated synergistic catalytic strategy of Ir[d(CF3ppy)2dtbbpy]PF6 and NiBr2 for the construction of C‒Si bond, using inexpensive and readily available hydrosilanes as the silicon source coupling with bromides. This pathway is a valuable technique for incorporating silicon into drug molecules at the later-stage, as it can be applied not only to aryl bromides and heteroaryl bromides but also to primary alkyl bromides. 4) We described CuCl2-catalyzed silylation of electron-deficient olefins in the presence of hydrosilanes, without any other additives. The CuCl2 catalyst becomes active through ligand-to-metal charge transfer (LMCT), facilitating the creation of a chlorine radical that functions as a potent hydrogen atom transfer agent, capable of abstracting Si‒H bonds. This simple and practical reaction has the potential for wide application in medicinal chemistry.Keywords: carbamates, copper catalysis, C‒H activation, sulfonamidyl radical, 1,5-HAT, thiochromanes, hydrosilanes, nickel boride, copper chloride, alkenes.
Ce mémoire de doctorat décrit principalement les quatre travaux suivants : 1) Une nouvelle stratégie efficace pour accéder aux carbamates benzyliques par activation de la liaison C-H a été rapportée. L'utilisation d'une quantité catalytique d'un ligand Cu(I)/diimine en combinaison avec le NFSI ((PhSO2)2NF) ou le F-TEDAPF6 en tant qu'oxydants et H2NCO2R en tant que source d'amine conduit directement à la formation de la liaison C-N à la position benzylique. Les conditions de réaction douces et la large plage de substrats font de cette transformation une méthode utile pour l'incorporation en fin de synthèse d'un fragment de carbamate ubiquiste sur les hydrocarbures. 2) Une arylation de la liaison δ-C(sp3)-H intramoléculaire site-sélective médiée par la lumière visible des trifluorométhanesulfonamides aliphatiques a été développée. La réaction se déroule par une cascade radicalaire comprenant la génération d'un radical sulfonamidyle, qui déclenche un transfert d'atome d'hydrogène 1,5, donnant un radical centré sur le carbone δ, qui se cyclise enfin sur un groupe thiopolyfluoroaryle voisin pour donner une variété de thiochromanes synthétiquement utiles. Le processus de cyclisation se produit par deux voies distinctes selon la nature du substituant X, ortho à la liaison C-S native. 3) Nous avons découvert une stratégie catalytique synergique médiée par la lumière visible de Ir[d(CF3ppy)2dtbbpy]PF6 et NiBr2 pour la construction de la liaison C-Si, en utilisant des hydrosilanes bon marché et facilement disponibles en tant que source de silicium en couplant avec des bromures. Cette voie est une stratégie originale pour incorporer du silicium dans les molécules précurseurs de médicaments en fin de synthèse, car elle peut être appliquée non seulement aux bromures d'aryle et d'hétéroaryle, mais aussi aux bromures d'alkyle primaire. 4) Nous avons enfin décrit une silylation catalysée par le CuCl2 d'oléfines à déficit électronique en présence d'hydrosilanes, sans aucun autre additif. Le catalyseur CuCl2 devient actif par transfert de charge ligand-métal (LMCT), facilitant la création d'un radical de chlore, lequel fonctionne comme un agent de transfert d'atome d'hydrogène puissant, capable d'abstraire les liaisons Si-H. Cette réaction simple et pratique a le potentiel pour une large application en chimie médicinale.Mots-clés: carbamates, catalyse au cuivre, activation de la liaison C-H, radical sulfonamidyle, 1,5-HAT, thiochromanes, hydrosilanes, borure de nickel, chlorure de cuivre, alcènes.
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tel-04198559 , version 1 (07-09-2023)

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  • HAL Id : tel-04198559 , version 1

Cite

Shuai Liu. Radical Mediated C-H and Si-H Functionalization to Construct C‒C/C‒N/C‒Si Bonds. Organic chemistry. Université de Bordeaux, 2023. English. ⟨NNT : 2023BORD0197⟩. ⟨tel-04198559⟩
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