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Mechanistic Investigation of the Diastereodivergent Asymmetric Allylic Alkylation of Cyclobutenes

Primozic, Johann Julius (2024)
Mechanistic Investigation of the Diastereodivergent Asymmetric Allylic Alkylation of Cyclobutenes.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026531
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

The Pd-catalyzed asymmetric allylic alkylation of cyclobutenes with stabilized nucleophiles represents a unique example of a diastereodivergent deracemization and de-epimerization. In the present work, a comprehensive mechanistic analysis is reported, encompassing the preparation of putative Pd–allyl intermediates, 1H/31P-NMR reaction monitoring, 2H-labeling studies, ESI-HRMS analysis of reaction mixtures, kinetic rate order determination, and 2H/13C-KIE studies. As a result, an unprecedented mechanistic scenario with a stereochemical dichotomy for both oxidative addition and nucleophilic attack is proposed. Oxidative addition exhibits a convergent course, allowing for de-epimerization to a rapidly interconverting mixture of η1- and η3-coordinated Pd–allyl intermediates with the η1-species as resting states of the reaction. This suprafacial η1–η3–η1 equilibrium enables deracemization via a dynamic kinetic asymmetric transformation type I. Nucleophilic attack of displays a ligand-controlled divergent behavior, establishing a diastereodivergent access to enantioenriched products.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2024
Autor(en): Primozic, Johann Julius
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Mechanistic Investigation of the Diastereodivergent Asymmetric Allylic Alkylation of Cyclobutenes
Sprache: Englisch
Referenten: Thiele, Prof. Dr. Christina Marie ; Didier, Prof. Dr. Dorian ; Maulide, Prof. Dr. Nuno
Publikationsjahr: 7 März 2024
Ort: Darmstadt
Kollation: VIII, 301 Seiten
Datum der mündlichen Prüfung: 18 Dezember 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00026531
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26531
Kurzbeschreibung (Abstract):

The Pd-catalyzed asymmetric allylic alkylation of cyclobutenes with stabilized nucleophiles represents a unique example of a diastereodivergent deracemization and de-epimerization. In the present work, a comprehensive mechanistic analysis is reported, encompassing the preparation of putative Pd–allyl intermediates, 1H/31P-NMR reaction monitoring, 2H-labeling studies, ESI-HRMS analysis of reaction mixtures, kinetic rate order determination, and 2H/13C-KIE studies. As a result, an unprecedented mechanistic scenario with a stereochemical dichotomy for both oxidative addition and nucleophilic attack is proposed. Oxidative addition exhibits a convergent course, allowing for de-epimerization to a rapidly interconverting mixture of η1- and η3-coordinated Pd–allyl intermediates with the η1-species as resting states of the reaction. This suprafacial η1–η3–η1 equilibrium enables deracemization via a dynamic kinetic asymmetric transformation type I. Nucleophilic attack of displays a ligand-controlled divergent behavior, establishing a diastereodivergent access to enantioenriched products.

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Die Pd-katalysierte asymmetrische allylische Alkylierung von Cyclobutensubstraten mit stabilisierten Nukleophilen stellt ein einzigartiges Beispiel für eine diastereodivergente Deracemisierung und Deepimerisierung dar. In der vorliegenden Arbeit wird eine umfangreiche mechanistische Studie vorgestellt. Diese beinhaltet die Synthese mutmaßlicher Pd-Allylintermediate, Reaktionsverfolgung mittels 1H- und 31P-NMR, Experimente mit 2H-markierten Edukten, ESI-HRMS-Untersuchungen der Reaktionsmischungen, die Bestimmung kinetischer Reaktionsordnungen sowie die Ermittlung von 2H- und 13C-KIEs. Basierend auf den Ergebnissen dieser Experimente wird ein beispielloses mechanistisches Szenario mit einer stereochemischen Dichotomie sowohl für die oxidative Addition als auch für den Angriff des Nukleophils vorgeschlagen. Die oxidative Addition weist dabei ein konvergentes Verhalten auf, wodurch die Deepimerisierung von zu einer im schnellen Gleichgewicht stehenden Mischung aus η1- und η3-koordinierten Pd-Allylintermediaten mit den η1-Spezies als Ruhezustand ermöglicht wird. Basierend auf diesem suprafacialen η1–η3–η1 Gleichgewicht wird die Deracemisierung von über eine dynamischkinetische asymmetrische Umwandlung Typ I erreicht. Der nukleophile Angriff zeigt ein divergentes Verhalten, welches durch den Liganden kontrolliert wird und dadurch den Zugang zu enantiomerenangereicherten Produkten eröffnet.

Deutsch
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-265315
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Clemens-Schöpf-Institut
07 Fachbereich Chemie > Clemens-Schöpf-Institut > Fachgebiet Organische Chemie
Hinterlegungsdatum: 07 Mär 2024 12:36
Letzte Änderung: 08 Mär 2024 11:29
PPN:
Referenten: Thiele, Prof. Dr. Christina Marie ; Didier, Prof. Dr. Dorian ; Maulide, Prof. Dr. Nuno
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 18 Dezember 2023
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