Sustainable Strategies for Site-Selective C−VC Bond Formations through Direct C−H Bond Functionalizations

Abstract

Während der letzten zwei Jahrzehnte haben sich Übergangsmetall-katalysierte direkte Arylierungen als praktikable Alternative zu traditionellen Kreuzkupplungen herausgestellt, insbesondere bezüglich ökonomischer und nachhaltiger Reaktionsführung. Demnach wurde der Fokus der vorliegenden Arbeit auf die Entwicklung generell anwendbarer Methoden zur selektiven C−C Bindungsknüpfung durch direkte C−H Bindungsfunktionalisierung gelegt. Im ersten Teil wurde ein Protokoll zur palladium-katalysierten direkten C−H Bindungsarylierung elektronenarmer Heteroarene mit Aryl- und Alkenylslufonaten ausgearbeitet. Das optimierte Katalysatorsystem liefert die gewünschten Arylierungsprodukte mit exzellenter Chemo- und Regioselektivität in hohen Ausbeuten. Sowohl verschiedene Tosylate, als auch atomökonomischere Mesylate, dienten als kostengünstige, luft- und feuchtigkeitsstabile Elektrophile und wurde erfolgreich zur C−H Bindungsfunktionalisierung eingesetzt. Das hoch-aktive Katalysator-System ermöglichte zusätzlich die Funktionalisierung elektronenarmer Fluorarene mit desaktivierten Tosylaten. Im zweiten Projekt der Arbeit wurden nachhaltige ruthenium-katalysierte Annelierungen interner Alkine mit Benzhydroxamsäureestern via C−H/N−O Bindungsfunktionalisierung unter umweltfreundlichen Bedingungen ausgearbeitet. Redoxneutrale Isochinolon-Synthesen mit großer Anwendungsbreite wurden erfolgreich in Wasser als Lösungsmedium durchgeführt. Darüber hinaus können freie Benzhydroxamsäuren als Substrate zur Synthese annelierter Lactame eingesetzt werden. Weiterhin wurde eine effiziente Strategie zur selektiven Funktionalisierung von Indolen unter übergangasmetallfreien Reaktionsbedingungen entwickelt. Regioselektive C3-Arylierungen N-Alkyl- und NH-freier Indole wurde unter Verwendung von Diaryliodoniumsalzen bewerkstelligt. Zusätzlich gelang die direkte Arylierung an Pyrrolen. Im letzten Projekt der vorliegenden Arbeit wurde ein direkter Zugang zu heteroarylischen Carbonsäurederivaten durch Kohlenstoffdioxid- Fixierung ermöglicht. Zahlreiche Carbonsäureester unterschiedlicher Heteroarene wurden in Abwesenheit eines Übergangsmetall-Katalysators, unter Verwendung der kostengünstigen, anorganischen Base KOt-Bu, in guten Ausbeuten erhalten.